CN114296168B - 一种利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法，先将宽光栅压印模板图案转移到软模板上，在衬底上涂覆一层纳米压印胶，将宽光栅压印软模板压入压印胶层，经过紫外光固化定型后剥离压印软模板，压印软模板上的宽光栅图案转移到衬底上的压印胶层，然后利用化学气相沉积方法在衬底的压印胶层上依次沉积一薄层氧化硅和压印胶层；最后利用三次等离子体刻蚀技术，利用衬底材料、压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，将压印胶和氧化硅互相作为掩膜，控制相应刻蚀时间，从而达到想要的图形深度。通过控制压印胶层图形侧面沉积的氧化硅厚度来控制光栅图案宽度，从而获得高深宽比的窄光栅图案。

Description

一种利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法
技术领域
本发明公开了一种利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法，可用于制备分布反馈激光器(DFB)器件中的相移光栅，可以低成本的实现利用单个宽光栅模板转移窄光栅图案的方法。
背景技术
分布反馈激光器中衍射光栅的制作一直是限制其制作成本和成品率的难点。由于其光栅栅条尺度为百纳米量级(光栅宽度和深度)，早期主要采用电子束曝光或深紫外双光束全息干涉曝光的方式来进行光栅的制作。由于分布反馈激光器中需要考虑到将辐射功率集中到一个主模，需要在光栅中心引入1/4波长相移光栅，所以全息干涉曝光的方式无法满足非对称周期光栅条的要求，目前主要利用电子束曝光和紫外纳米压印的方法制备相移光栅。电子束曝光能进行各种复杂结构光栅的制作，但是其成本高昂，制作周期长，不适于大批量生产。纳米压印技术相对成本较低，通过电子束曝光技术制作可重复使用的相移光栅模板，然后利用压印工艺将相移光栅模板上的图案批量复制到衬底上，通过刻蚀衬底材料，形成相移光栅，大大降低了分布反馈激光器的制作成本。该技术依赖于电子束光刻技术来制备模板，只能将已有模板上的图案信息按原比例转移到衬底上，如果光栅图案线条宽度需要变化就必须重新制备模板。
发明内容
本发明技术解决问题：针对目前紫外纳米压印技术只能按原比例转移光栅模板尺寸到衬底上的技术问题，提供一种利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法，利用已有宽光栅模板图案来制备窄光栅的，具有低成本的优点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：通过两次沉积介质层和两次刻蚀工艺将宽光栅模板图案转移到衬底上形成窄光栅图案。衬底经过清洗和疏水性处理后，将压印胶均匀的旋涂在衬底上。将宽光栅模板图案通过压印转移到软模板上，再将软模板上的宽光栅图案通过压印转移到衬底上。利用化学气相沉积方法在刻有图案的压印胶上沉积一定厚度的氧化硅，再在氧化硅上沉积压印胶填充层，把图形凹槽的地方填充满。由于填充层的压印胶和氧化硅和衬底材料刻蚀选择比不同，先选择性的刻蚀压印胶，使刻蚀停止在氧化硅上。再利用压印胶作为掩膜，选择性的刻蚀氧化硅，控制刻蚀终点，使刻蚀停止在衬底材料上。
本发明的利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法，包括以下步骤：
先将宽光栅压印模板图案转移到软模板上，所述宽光栅指光栅宽度大于200纳米，在衬底上涂覆一层纳米压印胶，将宽光栅压印软模板压入压印胶层；经过紫外光固化定型后剥离压印软模板，压印软模板上的宽光栅图案转移到衬底上的压印胶层，然后利用化学气相沉积方法在衬底的压印胶层上沉积一薄层氧化硅垫层，然后再旋涂一层压印胶填充层；最后采用等离子体刻蚀技术，刻蚀压印胶填充层，刻蚀氧化硅垫层，利用衬底材料、压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，将压印胶和氧化硅互相作为掩膜，控制相应刻蚀时间，达到设定的图形深度，通过控制压印胶层图形侧面沉积的氧化硅厚度来控制光栅图案宽度，从而获得高深宽比即>5:1的窄光栅图案即40-50nm图案。
所述在衬底上涂覆一层纳米压印胶是在衬底上均匀的旋涂100-120nm的紫外压印胶。
所述压印软模板上的宽光栅图案转移到衬底上的压印胶层的过程：将宽光栅模板图案通过压印机转移到软模板上，再将软模板上的宽光栅图案通过压印转移到衬底压印胶上，软模板脱模后会在衬底图案凹形底部残留20-40nm厚度的残胶。
所述利用化学气相沉积方法在衬底的压印胶层上沉积40-50nm的氧化硅沉积垫层和旋涂一层压印胶。
所述采用三次等离子体刻蚀技术是利用衬底材料、压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，将压印胶和氧化硅互相作为掩膜，控制相应刻蚀时间，达到想要的图形深度的，同时刻蚀时间大于3min，达到图形深度250nm。
所述氧化硅垫层是用化学气相沉积方法在刻有图案的压印胶上沉积一定厚度的氧化硅，沉积垫层是控制压印胶侧面氧化硅的厚度，该厚度取决于需要转移到衬底上的窄光栅宽度。
所述刻蚀压印胶填充层利用填充层压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，刻蚀压印胶，控制刻蚀终点，使刻蚀停止在氧化硅上。
所述刻蚀氧化硅垫层利用压印胶、氧化硅刻蚀选择比不同，将压印胶作为掩膜刻蚀氧化硅，控制刻蚀终点，使刻蚀停止在压印胶上。
所述窄光栅图案是利用衬底材料和氧化硅刻蚀选择比不同，将氧化硅作为掩膜刻蚀衬底材料，控制刻蚀终点，保证一定的刻蚀深度，从而获得窄光栅图案。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明能够提供低成本的纳米压印生产流程，当光栅的宽度需要调整时，无需再用电子束曝光重新制作模板，利用已有的宽光栅模板，通过三步刻蚀形成光栅宽度小于50nm的窄光栅图案。
(2)本发明适用于纳米压印制备光栅技术，尤其是可以利用宽光栅纳米压印模板来制备窄光栅，降低成本，摆脱窄光栅模板对电子束光刻的依赖。
附图说明
图1为本发明的工艺过程中所用材料示意图；
图2为本发明的工艺流程示意图；
图3为本发明的工艺过程图形转化示意图；
图4为本发明中窄图案的尺寸和间距周期。
具体实施方式
为使对本发明的具体特征及所达成的功效有进一步的了解，以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，本发明实施例提出的一种利用宽光栅纳米压印模板制作窄光栅的图案结构，包括：宽光栅模板1(图案周期为300nm)、纳米压印胶涂层2、衬底材料3、氧化硅4、纳米压印软模板5。
如图2-4所示，本发明实施例的一种利用宽光栅纳米压印模板制作窄光栅的方法的过程包括：
S1：宽光栅纳米压印模板图案转移：主要是在宽光栅模板1上的图案转移到纳米压印软模板5，纳米压印软模板5的图案周期和宽光栅模板1上的图案周期相同(周期 300nm)。
S2：衬底制备-对衬底片进行清洗和疏水性处理。
S3：压印胶旋涂：在衬底上均匀的旋涂100-120nm的纳米压印胶涂层2。
S4：宽光栅图形转移到压印胶-是将软模板5上的宽光栅图案通过压印转移到衬底上100nm厚的纳米压印胶涂层2上，软模板5脱模后，衬底材料3的纳米压印胶涂层2 上会形成凹凸图案，其中凹形底部是残留20-40nm的残胶。
S5：残胶去除-采用干法刻蚀，保证图形质量的条件下，将残留在凹形底部的残胶去除；
S6：沉积氧化硅垫层4是用化学气相沉积方法在刻有图案的压印胶2上沉积40-50nm 的氧化硅4，作为后续刻蚀工艺的掩膜。核心是控制压印胶侧面的氧化硅的厚度，该厚度的取决于需要转移到衬底上的光栅宽度。
S7：沉积压印胶填充层2,在氧化硅4上沉积压印胶填充层2，把图形凹槽的地方填充满压印胶，胶厚度在50-60nm。
S8：刻蚀压印胶填充层2，利用填充层压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，刻蚀压印胶2，控制刻蚀终点，使刻蚀停止在氧化硅4上。
S9：刻蚀氧化硅垫层4，利用填充层压印胶2、氧化硅4的刻蚀选择比不同，刻蚀氧化硅4，控制刻蚀终点(水平方向的氧化硅被刻蚀完)，使刻蚀停止在压印胶2上。
S10：刻蚀压印胶2，利用压印胶2、氧化硅4的刻蚀选择比不同，刻蚀压印胶2，控制刻蚀终点，使刻蚀停止在衬底3上，留下的氧化硅图案宽度在50nm,底部厚度也在 50-60nm。如图3所示，从上到下刻蚀时，压印胶2会先被去掉，氧化硅4的刻蚀速率相对要慢，当压印胶2全被刻蚀完后，氧化硅4图案部分保留。最终形成变周期的窄光栅图案，图案线宽50nm,周期分别为200nm,300nm交替排列。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (1)

1.一种利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法，其特征在于，包括以下步骤：
先将宽光栅压印模板图案转移到软模板上，所述宽光栅指光栅宽度大于200纳米，在衬底上涂覆一层纳米压印胶，将宽光栅压印软模板压入压印胶层；经过紫外光固化定型后剥离压印软模板，压印软模板上的宽光栅图案转移到衬底上的压印胶层，然后利用化学气相沉积方法在衬底的压印胶层上沉积一薄层氧化硅垫层，然后再旋涂一层压印胶填充层；最后采用等离子体刻蚀技术，刻蚀压印胶填充层，刻蚀氧化硅垫层，利用衬底材料、压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，将压印胶和氧化硅互相作为掩膜，控制相应刻蚀时间，达到设定的图形深度，通过控制压印胶层图形侧面沉积的氧化硅厚度来控制光栅图案宽度，从而获得高深宽比即>5:1的窄光栅图案即40-50nm图案；
所述在衬底上涂覆一层纳米压印胶是在衬底上均匀的旋涂100-120nm的紫外压印胶；
所述压印软模板上的宽光栅图案转移到衬底上的压印胶层的过程：将宽光栅模板图案通过压印机转移到软模板上，再将软模板上的宽光栅图案通过压印转移到衬底压印胶上，软模板脱模后会在衬底图案凹形底部残留20-40nm厚度的残胶；
所述利用化学气相沉积方法在衬底的压印胶层上沉积40-50nm的氧化硅沉积垫层和旋涂一层压印胶；
所述采用三次等离子体刻蚀技术是利用衬底材料、压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，将压印胶和氧化硅互相作为掩膜，控制相应刻蚀时间，达到想要的图形深度的，同时刻蚀时间大于3min，达到图形深度250nm；
所述氧化硅垫层是用化学气相沉积方法在刻有图案的压印胶上沉积一定厚度的氧化硅，沉积垫层是控制压印胶侧面氧化硅的厚度，该厚度取决于需要转移到衬底上的窄光栅宽度；
所述刻蚀压印胶填充层利用填充层压印胶和氧化硅刻蚀选择比不同，刻蚀压印胶，控制刻蚀终点，使刻蚀停止在氧化硅上；
所述刻蚀氧化硅垫层利用压印胶、氧化硅刻蚀选择比不同，将压印胶作为掩膜刻蚀氧化硅，控制刻蚀终点，使刻蚀停止在压印胶上；
所述窄光栅图案是利用衬底材料和氧化硅刻蚀选择比不同，将氧化硅作为掩膜刻蚀衬底材料，控制刻蚀终点，保证一定的刻蚀深度，从而获得窄光栅图案。
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