CN110989290A - 一种高精度多台阶衍射光学图案的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明利用半导体硅片加工工艺的思路，通过多层套刻方法完成高精度多台阶衍射光学元件表面浮雕结构图案的制作，突破了传统加工难题，能够实现微米级台阶尺寸纳米级台阶深度的衍射图案制作，可提升至纳米级及更多层的台阶制作，大幅提升衍射效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度多台阶衍射光学图案的制作方法。
背景技术
光线通过衍射光学元件后，会产生多个衍射级次，一般只是关注主衍射级次的光线，其他衍射级次的光线在主衍射级像面上形成杂散光，降低像面的对比度。因此，衍射光学元件的衍射效率会直接影响到衍射光学元件的成像质量。在二元光学技术中，会以台阶状的轮廓以表达所期望的相位轮廓，而在同一周期中台阶数目取得越多，则越能达到期望的轮廓表达，相应的衍射效率也越能接近期望值。通常2台阶一级衍射效率0.405，4台阶一级衍射效率0.811，8台阶一级衍射效率0.95，16台阶一级衍射效率0.987，而到了32台阶则基本接近于1。同样的台阶数越多对于制造工艺要求也就越高，本发明利用半导体硅片加工工艺(精度可达纳米级)，通过多层套刻的技术完成高精度多台阶衍射光学元件表面浮雕结构图案的制作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种高精度多台阶衍射光学图案的制作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种高精度多台阶衍射光学图案的制作方法，通过多层套刻方法完成高精度多台阶衍射光学元件表面浮雕结构图案的制作。
以传统半导体5寸硅片、5寸光刻掩模版进行制作2n台阶波长为λ的高精度多台阶衍射光学图案，具体包括如下步骤：
S1、于光刻掩模版上曝光蚀刻，完成衍射光学2层台阶图案的制作；
S2、在硅片上生长厚度为1um的多晶硅用于蚀刻；
S3、于硅片上涂胶，利用掩模版62A图案于硅片加工光刻机上曝光显影；
S4、蚀刻深度1/2λ完成一次台阶的制作；
S5、去胶清洗，进行深度和线宽的量测检验；
S6、再次涂胶，利用掩模版33A图案于硅片加工光刻机上曝光显影；
S7、蚀刻深度(1/2)2λ完成第二次台阶的制作；
S8、重复S5和S6直至蚀刻次数为n次，蚀刻深度(1/2)nλ完成第n次台阶的制作；
S9、去胶清洗，进行深度、线宽和套准的量测检验。
通常产品为二台阶产品，仅需一层图形蚀刻一次深度λ1/2即波长的一半，但衍射效率比较差，线宽则在um级别以上；4台阶产品，对应2层图形蚀刻2次，第一次深度λ*1/2，第二次深度λ*1/4，8台阶产品，对应3层图形蚀刻3次，第一次深度λ*1/2，第二次深度λ*1/4，第三次深度λ*1/8；16台阶、32台阶类似，分别对应4层4次蚀刻，5层5次蚀刻。
进一步的,蚀刻深度的误差在±24nm内，蚀刻深度不均匀性<10％，侧壁尽可能陡直。
进一步的,最小线宽为1um，误差±100nm。
进一步的,套准误差±100nm。
通常产品为2台阶一级衍射效率0.405，本实验4台阶提升一级衍射效率0.811，后续设备及工艺提升可制作8台阶一级衍射效率0.95，16台阶一级衍射效率0.987，32台阶则基本接近于1，能够逐步提升衍射效率，但对应的线宽和深度会越来越高要求，对设备和工艺要求也就越来越高
本发明所达到的有益效果是：本发明利用半导体硅片加工工艺的思路，通过多层套刻方法完成高精度多台阶衍射光学元件表面浮雕结构图案的制作，突破了传统加工难题，能够实现微米级台阶尺寸纳米级台阶深度的衍射图案制作，可提升至纳米级及更多层的台阶制作，大幅提升衍射效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例中4台阶的示意图；
图2是为2层台阶衍射光学图案；
图3是多次套刻的对准图形；
图4是套准量测图形；
图5为线宽量测图形。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种高精度4台阶波长960nm衍射光学图案的制作方法，以传统半导体5寸硅片、5寸光刻掩模版进行制作高精度多台阶衍射光学图案，具体包括如下步骤：
S1、于光刻掩模版上曝光蚀刻，完成衍射光学2层台阶图案的制作；
S2、在硅片上生长厚度为1um的多晶硅用于蚀刻；
S3、于硅片上涂胶，利用掩模版62A图案于硅片加工光刻机上曝光显影；
S4、蚀刻深度480nm完成台阶2的制作；
S5、去胶清洗，进行深度和线宽的量测检验；
S6、再次涂胶，利用掩模版33A图案于硅片加工光刻机上曝光显影；
S7、蚀刻深度240nm，完成台阶1、3的制作；
S8、去胶清洗，进行深度、线宽和套准的量测检验。
图1是本发明实施例中4台阶的示意图；其中，图1是本发明实施例中4台阶的示意图；其中4为台阶4,3为台阶3,2为台阶2,1为台阶1；
图2为2层台阶衍射光学图案，标号5的颜色为台阶1、2层图案，标号6的颜色为台阶1、3层图案。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高精度多台阶衍射光学图案的制作方法，其特征在于,通过多层套刻方法完成高精度多台阶衍射光学元件表面浮雕结构图案的制作。
2.如权利要求1所述的高精度多台阶衍射光学图案的制作方法，其特征在于,以传统半导体5寸硅片、5寸光刻掩模版进行制作2n台阶波长为λ的高精度多台阶衍射光学图案，具体包括如下步骤：
S1、于光刻掩模版上曝光蚀刻，完成衍射光学2层台阶图案的制作；
S2、在硅片上生长厚度为1um的多晶硅用于蚀刻；
S3、于硅片上涂胶，利用掩模版62A图案于硅片加工光刻机上曝光显影；
S4、蚀刻深度1/2λ完成一次台阶的制作；
S5、去胶清洗，进行深度和线宽的量测检验；
S6、再次涂胶，利用掩模版33A图案于硅片加工光刻机上曝光显影；
S7、蚀刻深度(1/2)2λ完成第二次台阶的制作；
S8、重复S5和S6直至蚀刻次数为n次，蚀刻深度(1/2)nλ完成第n次台阶的制作；
S9、去胶清洗，进行深度、线宽和套准的量测检验。
3.如权利要求2所述的高精度多台阶衍射光学图案的制作方法，其特征在于,蚀刻深度的误差在±24nm内，蚀刻深度不均匀性<10％，侧壁尽可能陡直。
4.如权利要求2所述的高精度多台阶衍射光学图案的制作方法，其特征在于,最小线宽为1um，误差±100nm。
5.如权利要求2所述的高精度多台阶衍射光学图案的制作方法，其特征在于,套准误差±100nm。
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