TWI447440B - 光柵之製備方法 - Google Patents

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Description

光柵之製備方法
本發明涉及一種光柵之製備方法。
亞波長光柵係半導體工業及精密儀器中最常用到的光學器件之一。亞波長光柵係指光柵的結構特徵尺寸與工作波長相當或更小。製備高密度、亞波長、高佔空比的亞波長石英光柵非常困難。需要應用到的蝕刻技術有電子束蝕刻、聚焦離子束蝕刻、深紫外光刻、光全息蝕刻及奈米壓印技術。其中深紫外光刻方法有繞射極限的問題，此外上述方法都有諸如成本太高，不能工業化生產等問題。
石英光柵包括一石英基底，該石英基底的一表面上形成有複數凹槽。可通過反應離子蝕刻(Reaction-Ion-Etching，RIE)方法實現對石英基底的蝕刻形成所述複數凹槽。先前技術中採用RIE技術蝕刻石英基底的過程中，多採用四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)作為蝕刻氣體對石英基底進行蝕刻。然，RIE方法在蝕刻過程中，蝕刻氣體SF6容易與石英基底發生反應生成氟矽碳化合物。該種氟矽碳化合物附著在石英基底的表面形成保護層，並阻隔蝕刻氣體與石英基底接觸，使蝕刻反應難以進行下去。
為克服上述問題，可在蝕刻氣體中添加氧氣(O2)。O2可與蝕刻過程中生成的氟矽碳化合物反應進而燒蝕掉氟矽碳化合物，使蝕 刻氣體CF4及SF6繼續及石英基底接觸並蝕刻石英基底從而使蝕刻反應連續進行。然而，O2會與石英基底反應生成具有矽氧鍵及矽碳鍵的化合物，該種化合物同樣會附著在石英基底的表面形成保護層阻隔蝕刻氣體CF4及SF6與石英基底接觸。因此，O2仍然會阻礙蝕刻反應的進行。由於上述問題，石英基底被蝕刻後凹槽的深度有限。通常，先前技術中製備得到的亞波長石英光柵中的凹槽的寬度大於200奈米，深度為200奈米左右，深寬比僅為1：1，使其在光譜儀及光碟技術領域的應用有限。
綜上所述，提供一種對光波的繞射性能較好的光柵及其製備方法實為必要。
一種光柵之製備方法，其包括以下步驟：提供一基底；形成一抗蝕材料薄膜於該基底的表面；奈米壓印並蝕刻所述抗蝕材料薄膜，得到抗蝕層；形成一光罩層於所述基底表面，所述光罩層覆蓋所述抗蝕層以及基底通過所述抗蝕層暴露的表面；剝離所述抗蝕層及抗蝕層表面的部份光罩層，使基底形成一具圖形化的光罩層；採用反應離子蝕刻法蝕刻基底得到石英光柵，蝕刻過程中蝕刻氣體為四氟化碳、六氟化硫以及氬氣；以及去除光罩層。
與先前技術相比，本發明通過在蝕刻氣體中添加氬氣作為蝕刻氣體，從而使氬氣在蝕刻過程中轟擊產生的氟矽碳化合物，使氟矽碳化合物中的矽氟健斷裂，從而減少了蝕刻過程中氟矽碳化合物的保護作用，使蝕刻反應可以持續的進行，從而得到凹槽的寬度為25奈米至150奈米，且深寬比大於等於6：1的亞波長光柵。
10‧‧‧光柵
110‧‧‧基底
120‧‧‧光罩層
121‧‧‧光罩材料薄膜
122‧‧‧第一開口
124‧‧‧光罩條
130‧‧‧蝕刻氣體
140‧‧‧抗蝕層
141‧‧‧抗蝕材料薄膜
142‧‧‧凸部
143‧‧‧預製抗蝕層
144‧‧‧凹部
146‧‧‧第二開口
150‧‧‧凸棱
160‧‧‧凹槽
圖1係本發明提供之光柵之製備方法的方法流程圖。
圖2係本發明提供之光柵之製備方法中所採用的圖形化光罩層的俯視圖。
圖3係本發明提供之光柵之製備方法中所採用的光罩層的製備方法流程圖。
圖4係本發明提供之光柵之製備方法中所採用的蝕刻氣體的總體積流量不同時得到的亞波長光柵中的單個凹槽的橫截面形狀示意圖。
圖5係本發明提供之光柵之結構示意圖。
圖6係本發明提供之光柵之低倍掃描電鏡照片。
圖7係本發明提供之光柵之高倍掃描電鏡照片。
圖8係本發明提供之光柵之結構示意圖。
以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的光柵10及其製備方法。為了利於理解本發明的技術方案，本發明首先介紹一種所述光柵10的製備方法。
請參閱圖1，本發明實施例提供一種光柵10的製備方法，該光柵10為一種亞波長光柵，其包括以下步驟：S100：提供一基底110，在該基底110的表面形成一層圖形化的光罩層120；S200：將該具有光罩層120的基底110放入一微波電漿系統中(圖 未示)，同時通入四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)及氬氣(Ar)組成的蝕刻氣體130，對通過圖形化的光罩層120暴露的基底110進行蝕刻；及S300：去除光罩層120，得到一深寬比大於或等於6：1的光柵10。
在步驟S100中，所述基底110為一平板，其形狀大小不限，可為圓形平板，方形平板等，也可根據實際需要製備。所述基底110可為半導體基底或矽基基底。具體地，所述基底110的材料可為氮化鎵、砷化鎵、藍寶石、氧化鋁、氧化鎂、矽、碳化矽、二氧化矽或氮化矽等。所述二氧化矽基底110可為石英基底或玻璃基底。進一步的，所述基底110的材料可為摻雜的半導體材料如P型氮化鎵或N型氮化鎵等。優選地，所述基底110為一半導體層。所述基底110的大小、厚度及形狀不限，可根據實際需要選擇。本實施例中，所述基底110的材料為石英。
所述圖形化的光罩層120具有奈米圖形，具體地，所述光罩層120具有間隔設置的複數第一開口122。所述第一開口122的尺寸為奈米級。所述複數第一開口122的形狀及尺寸依據實際需要而定。所述第一開口122沿著光罩層120的厚度方向貫穿所述光罩層120。所述基底110的部份表面通過所述光罩層120的第一開口122暴露。依據所述第一開口122的形狀及尺寸，所述光罩層120可為連續膜也可為不連續膜。所述光罩層120的材料不限，可依據實際需要及蝕刻所需要的氣氛進行選擇。請參閱圖2，本實施例中，所述光罩層120為複數平行且間隔設置的光罩條124，光罩條124通過條形第一開口122相互間隔開。故，任意相鄰的二光罩條124之間具有一條形第一開口122。所述光罩條124由光罩層120的一 端延伸至相對的另一端，所述條形第一開口122由光罩層120的一端延伸至相對的另一端，此時所述光罩層120不連續。或者沿著平行於光罩層120表面的任意一方向，所述條形第一開口122並未貫穿所述光罩層120。此時所述光罩層120連續，所述條形第一開口122週期性排列。本實施例中所述光罩層120為一鉻層。所述條形第一開口122及光罩條124的形狀及尺寸相同。所述條形第一開口122為週期性排列，寬度為100奈米，深度為40奈米。
請參閱圖3，在基底110上形成光罩層120的方法具體包括以下步驟：S110：在所述基底110的表面形成一抗蝕材料薄膜141；S120：通過奈米壓印的方法使所述抗蝕材料薄膜141被圖形化成具有奈米圖形的預製抗蝕層143，所述具有奈米圖形的預製抗蝕層143包括複數凸部142及複數凹部144；S130：去除具有奈米圖形的預製抗蝕層143中的凹部144中剩餘的抗蝕材料薄膜141，形成具有第二開口146的所述抗蝕層140，所述基底110的部份表面通過所述抗蝕層140的第二開口146暴露；S140：在具有第二開口146的抗蝕層140的表面及通過該抗蝕層140暴露的基底110的表面上沈積一光罩材料薄膜121；及S150：去除抗蝕層140，於基底110表面形成一具有奈米圖形的光罩層120。
在步驟S110中，在所述基底110的整個表面覆蓋形成抗蝕材料薄膜141。所述抗蝕材料薄膜141可為一單層結構或複合層結構。當所述抗蝕材料薄膜141為一單層結構時，所述抗蝕材料薄膜141的 材料可為ZEP520A、HSQ(hydrogen silsesquioxane)、PS(Polystyrene)、PMMA(Polymethylmethacrylate)、SOG(Silicon on glass)、AR-N系列、AR-Z系列、AR-B系列、SAL-601或其他有機矽類低聚物等材料，所述抗蝕材料薄膜141用於保護其覆蓋位置處的基底110。所述抗蝕材料薄膜141的厚度可根據實際需要進行選擇，如需要蝕刻的深度等。本實施例中，所述抗蝕材料薄膜141具有二層層疊結構，一層材料為聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)，一層為二氧化矽無機類(hydrogen silsesquioxane，HSQ)材料。所述PMMA層鄰近石英基底110設置。
本實施例中，所述抗蝕材料薄膜141的製備方法包括以下步驟：首先，採用標準方法清洗基底110後，於基底110的一表面旋塗PMMA。該PMMA層的厚度為100奈米至500奈米。本實施例中，所述標準方法為超淨間標準清洗方法。
其次，在PMMA層的遠離所述基底110的表面形成一過渡層，以覆蓋所述PMMA層。所述過渡層的材料為二氧化矽。可通過濺射法或沈積法，在所述PMMA層上形成所述過渡層。本實施例中，所述PMMA層上沈積玻璃態二氧化矽，形成一厚度為10奈米至100奈米的二氧化矽薄膜。
最後，形成一HSQ層覆蓋所述過渡層。
通過液滴塗布、旋塗法等方法沈積HSQ於所述過渡層，以形成HSQ層。本實施例中，將所述壓印抗蝕劑HSQ採用旋塗的方式塗布於所述過渡層，該壓印抗蝕劑HSQ的旋塗在高壓下進行。該HSQ層的 厚度為100奈米至500奈米，優選的為100奈米至300奈米。
在步驟S120中，所述採用奈米壓印的方法形成具有奈米圖形的所述預製抗蝕層143的方法包括以下步驟：步驟S122，提供一表面具有奈米圖形的模板，該奈米圖形由複數凸起及凹陷組成；步驟S124，在常溫下，將模板形成有奈米圖形的表面與所述基底110上的抗蝕材料薄膜141的HSQ層貼合，常溫下壓合所述模板與基底110，使模板表面的奈米圖形轉移至抗蝕材料薄膜141遠離基底110的表面；及步驟S126，使模板與基底110分離，從而形成具有奈米圖形的預製抗蝕層143。
在步驟S122中，所述模板的材料為硬性透明材料，如二氧化矽、石英、硼化玻璃等。本實施例中，所述模板的材料為二氧化矽。本實施例中，所述模板表面的奈米圖形包括複數平行且相互間隔的條形凸起及位於任意二條形凸起之間的複數條形凹陷。
在步驟S124中，在壓力的作用下，所述模板表面的條形凸起壓入所述抗蝕材料薄膜141的內部直至抗蝕材料薄膜141中的HSQ層也在壓力下變形，進而使抗蝕材料薄膜141遠離基底110的表面形成圖形進而形成具有奈米圖形的預製抗蝕層143。然，位於HSQ層上方的PMMA層並未在壓力下變形。
所述模板表面的奈米圖形的圖案與所述預製抗蝕層143遠離基底110的表面的奈米圖形的圖案相對應。所述預製抗蝕層143遠離基底110的表面的奈米圖形包括複數相互平行的條形凸部142及位於 任意二相鄰條形凸部142之間的條形凹部144。
在步驟S130中，去除凹部144中殘留的HSQ及PMMA的方法具體包括以下步驟：步驟S132，將所述形成有抗蝕層140的基底110放置於一微波電漿系統中，採用四氟化碳(CF4)作為反應氣體蝕刻去除凹部144中的HSQ層；及步驟S134，採用氧氣(O2)作為反應氣體去除凹部144中的PMMA層。
在步驟S132中，所述微波電漿系統為反應離子蝕刻(Reaction-Ion-Etching，RIE)模式。該微波電漿系統的一感應功率源產生CF4電漿，CF4電漿以較低的離子能量從產生區域擴散並漂移至所述基底110表面並蝕刻凹部144中的HSQ層。微波電漿系統的功率係40瓦，CF4電漿的通入速率為26標況毫升每分(sccm)，形成的壓強為2帕，採用CF4電漿蝕刻時間為10秒。通過上述方法，凹部144中的HSQ層被蝕刻掉，暴露出凹部144中的PMMA層。凸部142中的HSQ層的厚度也略微減少，然，由於凸部142中的HSQ層的厚度大於凹部144中的HSQ層的厚度。因此，凹部144中的HSQ層被完全蝕刻掉以後，凸部142中的HSQ層仍有所保留。
在步驟S134中，採用氧電漿蝕刻去除凹部144中的PMMA層，從而露出石英基底110。微波電漿系統的功率係40瓦，氧電漿的通入速率為40sccm，形成的壓強為2帕，採用氧電漿蝕刻時間為120秒。
採用氧電漿蝕刻凹部144中的PMMA層過程中，凹部144中的PMMA層被氧化而蝕刻掉。凸部142中HSQ層在氧電漿的作用下發生交聯，因此，在蝕刻凹部144中的PMMA層的過程中，凸部142中HSQ層可起到很好的光罩作用，使凹部144中的PMMA層的蝕刻精度較高。HSQ層對氧氣和氬氣有較好的抗蝕刻效果，因此，在室溫壓印下，在PMMA層上方形成HSQ層，有助於提高蝕刻精度。通過蝕刻將所述HSQ層中的奈米圖形複製到第PMMA層中。凹部144中的PMMA層被蝕刻掉以後，於抗蝕層140上形成複數第二開口146，從而使所述基底110的部份表面通過抗蝕層的第二開口146露出。所述第二開口146的尺寸為奈米級。
在步驟S140中，採用蒸鍍的方法在抗蝕層140的表面及通過抗蝕層140的第二開口146暴露的石英基底110的表面形成一光罩材料薄膜121。所述光罩材料薄膜121為一鉻層，所述鉻層的厚度為40奈米。
在步驟S150中，採用四氫呋喃(THF)、丙酮、丁酮、環己烷、正己烷、甲醇或無水乙醇等無毒或低毒環保容劑作為剝離劑，溶解抗蝕層140，進而去掉抗蝕層140及覆蓋在抗蝕層140表面的部份光罩材料薄膜121，保留直接形成在基底110表面的部份光罩材料薄膜121以形成光罩層120，該光罩層120的第一開口122為奈米級開口，所述光罩層120直接形成於基底110的表面。本實施例中，通過在丙酮溶液中超聲清洗去掉抗蝕層140及其上方的光罩材料薄膜121。
可以理解，所述形成光罩層120的方法不限於上述方法。所述形成光罩層120的方法還可包括以下步驟：直接形成一鉻層於基底 110的表面；然後形成一光刻膠於鉻層的表面，通過曝光顯影的方式使光刻膠圖形化；採用電子束轟擊通過光刻膠暴露的部份鉻層，使鉻層在電子束的照射下被去除，得到圖形化的鉻層，該圖形化的鉻層可用作光罩層120。所以，只需確保證所述光罩層120具有有間隔設置的複數條形第一開口122，該複數第一開口122由光罩層120的一端延伸至相對的另一端，所述光罩層120的佔空比為1：1，所述條形第一開口122的寬度的範圍為25奈米至150奈米，其形成方式不限。所述光罩層120的佔空比為沿著垂直於條形第一開口122延伸方向的方向上，光罩層120的實體寬度與第一開口122寬度的比值。
在步驟S200中，所述微波電漿系統為RIE模式。蝕刻氣體包括CF4、六氟化硫(SF6)及氬氣(Ar)。該微波電漿系統的一感應功率源產生出CF4、SF6及Ar的電漿形成蝕刻氣氛，該CF4、SF6及Ar的電漿同時通入基底110的表面對基底110進行蝕刻。
由於CF4、SF6在蝕刻過程中容易與石英基底110發生反應生成氟矽化合物，且該種氟矽化合物會黏附在基底110暴露的表面，阻礙CF4、SF6蝕刻氣體與基底110接觸使蝕刻反應無法持續進行。然，Ar的轟擊可使氟矽化合物被分解。氟矽化合物被分解後CF4、SF6蝕刻氣體可重新與基底110接觸並蝕刻基底110。因此，可得到較大深度的凹槽。
蝕刻氣體的總體積流量為40Sccm至120Sccm，其中，CF4的體積流量為1sccm至50sccm，SF6的體積流量為10sccm至70sccm，氬氣的體積流量為10sccm至20sccm。所述蝕刻氣體的總體積流量的範圍可為40Sccm至70Sccm，60Sccm至80Sccm，65Sccm至75Sccm， 50Sccm至90Sccm。具體地，所述蝕刻氣體的總體積流量的範圍可為70Sccm。
可選擇地，蝕刻氣體還可進一步包括O2，所述O2的體積流量為0Sccm至10Sccm。所述O2同上述蝕刻氣體CF4、SF6及Ar同時通入至微波電漿系統中，如此有助於保護層在O2的作用下被燒蝕掉，O2與石英基底110反應生成具有矽氧鍵及矽碳鍵的化合物則在Ar的作用下被燒蝕掉。因此，蝕刻氣體中添加O2有助於蝕刻速度的提高。
蝕刻氣體的總體積流量介於40Sccm至120Sccm的範圍內，則可保證基底110被蝕刻結束後形成的凹槽的側壁陡直。請參閱圖4，在蝕刻過程中，蝕刻氣體的總體積流量小於40Sccm時，蝕刻得到的石英基底上的凹槽的橫截面將不係矩形，將會呈現V型。在蝕刻過程中，蝕刻氣體的總體積流量大於120Sccm時，蝕刻得到的石英基底上的凹槽的橫截面將會係U型。這是因為，在蝕刻的過程中，所述蝕刻氣體會與基底110反應，從而在蝕刻表面形成一保護層，阻礙氣體的進一步蝕刻，使得蝕刻面逐漸減小，即形成所述凹槽的寬度沿蝕刻方向逐漸減小，進而使得形成的所述凹槽的內壁並非垂直於所述基底110的表面，而係形成一定角度。當蝕刻的總體積流量小於40Sccm時，無法有效的阻止保護層的形成，因此，凹槽呈V型。當蝕刻的總體積流量大於120Sccm，蝕刻氣體過度地蝕刻凹槽的側壁，因此，凹槽呈U型。
蝕刻過程中蝕刻氣體總壓強為1帕至5帕。所述蝕刻氣體的總壓強為1帕至2帕，4帕至5帕，3帕至5帕。具體地，所述蝕刻氣體的總壓強可為2帕。微波電漿系統的蝕刻功率介於40瓦至200瓦。所述 蝕刻氣體的功率的範圍可為40Wa至60Wa，70Wa至100Wa。本實施例為70Wa。
本實施例中，CF4的體積流量為40Sccm，SF6的體積流量為26Sccm，Ar的體積流量為10Sccm，蝕刻氣體的總壓強為2帕，微波電漿系統的功率為70瓦。在上述蝕刻條件下，當蝕刻時間為8分鐘時，蝕刻的深度為600奈米。當蝕刻時間為10分鐘時，蝕刻的深度為750奈米。
步驟S300中，當所述光罩層120為一鉻層時，所述去除光罩層120的方法具體包括以下步驟：取適量的濃度為0.06摩爾/升至0.25摩爾/升的鉻腐蝕液K3[Fe(CN)6]，將基底110放入該鉻腐蝕液當中，浸漬4分鐘至15分鐘。從而去除光罩層120。
本發明提供的光柵之製備方法具有以下有益效果：(1)通過選擇CF4、SF6及Ar作為反應氣體，使蝕刻過程中於CF4、SF6與基底110反應生成氟矽化合物在Ar的轟擊下分解，從而使蝕刻反應可持續地進行。進而使基底110上的凹槽的深度較大，得到深寬比大於或等於6：1的光柵10；(2)本發明通過控制蝕刻過程中反應氣體的總體積流量介於40Sccm至120Sccm的範圍內，使基底110被蝕刻結束後形成的凹槽的側壁陡直；(3)本發明提供的光柵之製備方法中，通過選擇CF4、SF6及Ar作為反應氣體，控制蝕刻過程中反應氣體的總體積流量介於40Sccm至120Sccm的範圍內，蝕刻氣體總壓強為1帕至5帕，微波電漿系統的蝕刻功率介於40瓦至200瓦從而可精確的控制所得到的凹槽的寬度及深度。
請參閱圖5至7，係通過上述製備方法得到的一種光柵10，該光柵10包括一基底110，該基底110的一表面形成有複數間隔設置的凸 棱150。每相鄰二凸棱150之間形成有一凹槽160。所述複數凸棱150及所述複數凹槽160的延伸方向相同。所述複數凹槽160及複數凸棱150相互平行且交替設置。所述複數凸棱150中的每個凸棱150均具有二相對的側壁，該二側壁均大致垂直於基底110的表面。
所述基底110可為半導體基底或矽基基底。具體地，所述基底110的材料可為氮化鎵、砷化鎵、藍寶石、氧化鋁、氧化鎂、矽、二氧化矽、氮化矽、石英或玻璃等。進一步的，所述基底110的材料也可為摻雜的半導體材料如P型氮化鎵或N型氮化鎵等。優選地，所述基底110為一半導體層。所述基底110的大小、厚度及形狀不限，可根據實際需要選擇。本實施例中，所述基底110的材料為石英。
為了清楚的描述本發明光柵10的結構，將所述複數凸棱150及所述複數凹槽160的延伸方向定義為Y方向，在與基底110形成有所述複數凸棱150及所述複數凹槽160的表面平行的水平面內，與所述複數凸棱150及所述複數凹槽160的延伸方向垂直的方向定義為X方向。故，所述X方向及所述Y方向相互垂直。進一步地將垂直於所述X方向及所述Y方向定義的表面的方向定義為Z方向。
所述凸棱150為從基底110的表面向外延伸的凸起實體。所述凸棱150與所述基底110一體成形，該凸棱150的材料與基底110的材料相同。所述凸棱150在所述基底110的表面由基底110的一端延伸至與其相對的另一端。所述凸棱150的橫截面形狀不限，只要每個凸棱150的二相對的側壁垂直於基底110的上表面。可以理解，由於方法的限制及其他因素的影響，所述凸棱150的二棱面並非 絕對的平面，可具有一定的粗糙度。所述複數凸棱150的形狀及長寬高的大小相同。本實施例中，所述複數凸棱150為複數相互平行且間隔設置的長方體凸起，所述複數凸棱150均沿Y方向由基底110的一端延伸至另一端。所述凹槽160為由相鄰的二凸棱150的二相對的側壁及基底110的表面圍城的凹陷空間。所述凹槽160的形狀即為該凹陷空間的形狀。所述複數凹槽160由基底110表面的一端延伸至另一端。所述複數凹槽160的形狀及長寬高的大小完全相同。本實施例中，所述凹槽160的橫截面形狀為長方形。
所述凸棱150及凹槽160沿Y方向的尺寸定義為其長度值，延X方向的尺寸定義為其寬度值，沿Z方向的尺寸定義為其高度值或深度值。請參閱圖5，所述凸棱150的寬度標記為W1。所述凹槽160的寬度標記為W2，所述凹槽160的深度標記為D。凸棱150的寬度W1及凹槽160的寬度W2的比值定義為光柵10的佔空比。凹槽的深度D及凹槽160的寬度W2的比值D/W2定義為凹槽160的深寬比。凸棱150的寬度W1及凹槽160的寬度W2之和定義為光柵10的週期C，即C=W1+W2。
所述凸棱150的寬度W1的範圍為25奈米到150奈米。凹槽160的深度D範圍為150奈米至900奈米。凹槽160的寬度W2為25奈米到150奈米。佔空比W1/W2為1：1。深寬比D/W2為6：1至8：1。該光柵10的週期C為50奈米至300奈米。
優選地，所述光柵10的線寬W1為150奈米，深度D為900奈米，凹槽160的寬度W2為100奈米，深寬比D/W2為6：1，佔空比W1/W2為1：1，光柵10的週期C為300奈米。
優選地，所述光柵10的線寬W1為100奈米，深度D為800奈米，凹 槽160的寬度W2為100奈米，深寬比D/W2為8：1，佔空比W1/W2為1：1，光柵10的週期C為200奈米。
優選地，所述光柵10的線寬W1為50奈米，深度D為300奈米，凹槽160的寬度W2為50奈米，深寬比D/W2為6：1，佔空比W1/W2為1：1，光柵10的週期C為100奈米。
優選地，所述光柵10的線寬W1為120奈米，深度D為720奈米，凹槽160的寬度W2為120奈米，深寬比D/W2為6：1，佔空比W1/W2為1：1，光柵10的週期C為320奈米。
優選地，所述光柵10的線寬W1為130奈米，深度D為780奈米，凹槽160的寬度W2為130奈米，深寬比D/W2為6：1，佔空比W1/W2為1：1。
本實施例中，所述光柵10的基底110材料為石英，線寬W1為100奈米，深度D為600奈米，凹槽160的寬度W2為100奈米，深寬比D/W2為6：1，佔空比W1/W2為1：1，光柵10的週期C為200奈米。
請參閱圖8，可以理解，所述複數凸棱150的一端可相互連接形成一體。所述複數凸棱150圍成所述複數凹槽160。所述光柵10包括一基底110，所述基底110的表面形成有複數相互平行且間隔設置的凹槽160。所述複數凹槽160為半封閉結構。
所述複數凹槽160中相鄰二凹槽160之間的距離標記為W1。相鄰二凹槽160之間的距離即為相鄰二凹槽160的相鄰且相對的二平行的表面的距離。所述複數凹槽160中的任意一凹槽160的寬度標記為W2。所述凹槽160的深度標記為D。相鄰二凹槽160之間的距離W1及凹槽160的寬度W2的比值定義為光柵10的佔空比W1/W2。凹槽 160的深度D及凹槽160的寬度W2的比值D/W2定義為凹槽160的深寬比。相鄰二凹槽160之間的距離W1及凹槽160的寬度W2的及定義為光柵10的週期C，即C=W1+W2。
所述相鄰二凹槽160之間的距離W1的範圍為25奈米到150奈米。凹槽160的深度D範圍為150奈米至900奈米。凹槽160的寬度W2為25奈米到150奈米。凹槽160的佔空比W1/W2為1：1。深寬比D/W2大於等於6：1。該光柵10的週期C為50奈米至300奈米。
本發明提供的光柵10的凹槽160的寬度較小，介於25奈米至150奈米，深寬比較大，大於等於6：1，因此本發明提供的光柵10為高密度、高深寬比的亞波長光柵，其繞射效率高，且該種光柵10的凹槽160的側壁光滑、陡直，因此其散射小。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧光柵
110‧‧‧基底
120‧‧‧光罩層
122‧‧‧第一開口
124‧‧‧光罩條
130‧‧‧蝕刻氣體

Claims (15)

  1. 一種光柵之製備方法，其包括以下步驟：提供一基底；形成一抗蝕材料薄膜於該基底之表面；奈米壓印並蝕刻所述抗蝕材料薄膜，得到抗蝕層；形成一光罩層於所述基底表面，所述光罩層覆蓋所述抗蝕層以及基底通過所述抗蝕層暴露的表面；剝離所述抗蝕層及抗蝕層表面的部份光罩層，使基底形成一具圖形化的光罩層；採用反應離子蝕刻法蝕刻基底得到石英光柵，蝕刻過程中蝕刻氣體為四氟化碳、六氟化硫以及氬氣；以及去除光罩層。
  2. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，所述基底的材料為氮化鎵、砷化鎵、藍寶石、氧化鋁、氧化鎂、矽、二氧化矽、氮化矽、碳化矽、石英或玻璃。
  3. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，所述光罩層為具有複數平行的條形第一開口的鉻層。
  4. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，所述蝕刻氣體的總體積流量為40Sccm至120Sccm。
  5. 如請求項第4項所述之光柵之製備方法，其中，所述蝕刻氣體的總體積流量為70Sccm。
  6. 如請求項第4項所述之光柵之製備方法，其中，四氟化碳的體積流量為1sccm至50sccm，六氟化硫的體積流量為10sccm至70sccm，氬氣的體積 流量為10sccm至20sccm。
  7. 如請求項第6項所述之光柵之製備方法，其中，所述四氟化碳的體積流量為40Sccm，六氟化硫的體積流量為26Sccm，氬氣的體積流量為10Sccm。
  8. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，所述蝕刻氣體進一步包括氧氣，所述氧氣的體積流量為0Sccm至10Sccm，所述氧氣同四氟化碳、六氟化硫以及氬氣同時通入微波等離子體系統。
  9. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，所述蝕刻過程中的蝕刻功率為40瓦至200瓦。
  10. 如請求項第9項所述之光柵之製備方法，其中，所述蝕刻過程中的蝕刻功率為70瓦。
  11. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，所述蝕刻過程中的蝕刻氣體的總壓強為1帕到5帕。
  12. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，蝕刻氣體的總壓強為2帕。
  13. 如請求項第1項所述之光柵之製備方法，其中，所述抗蝕層為兩層層疊結構，一層材料為聚甲基苯烯酸甲酯，一層為二氧化矽無機類材料。
  14. 如請求項第13項所述之光柵之製備方法，其中，所述聚甲基苯烯酸甲酯層鄰近石英基底設置。
  15. 一種光柵之製備方法，其包括以下步驟：提供一基底，在該基底的一表面形成一層圖形化的光罩層；將該形成圖形化的光罩層的基底放入一微波等離子體系統中，同時通入四氟化碳、六氟化硫以及氬氣組成的蝕刻氣體，蝕刻基底形成複數凹槽；以及去除光罩層。
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