[发明专利]一种顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法

权利要求书

1.一种顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于步骤如下：

第1步、准备斜切的单晶硅片；

第2步、在所述斜切单晶硅片上镀制20-100nm氮化硅(SiN_x)膜；

第3步、在所述氮化硅膜上涂100-1000nm厚度的光刻胶层，所述光刻胶层的厚度大于氮化硅(SiN_x)膜层的厚度；

第4步、在所述涂布光刻胶层的硅片上，采用有预定周期光栅图形的掩模版，通过曝光、显影等光刻工艺步骤，在所述光刻胶层内得到光刻胶光栅图形；

第5步、以所述光刻胶光栅图形为掩模，刻蚀氮化硅膜层，将光刻胶光栅图形转移成氮化硅光栅图形；

第6步、以所述氮化硅光栅图形为掩模，使用氢氧化钾溶液(KOH)或TMAH碱性溶液，各向异性刻蚀硅，形成顶端有剩余氮化硅覆盖的硅光栅结构；

第7步、将所述顶端有剩余氮化硅覆盖的硅光栅结构放入氢氟酸(HF)溶液中，去除剩余氮化硅，获得硅光栅结构；

第8步、在所述硅光栅结构上，涂光刻胶，填充光栅沟槽，获得槽内填满光刻胶的硅光栅结构；

第9步、对所述填满光刻胶的硅光栅结构倾斜曝光，入射光线与光栅法线夹角数值上等于闪耀角，经显影后获得90°顶角的三角形槽光栅结构；

第10步、在所述90°顶角三角形槽光栅结构上镀厚度大于100nm金属膜，获得90°顶角三角形槽阶梯光栅。

2.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第1步中用于斜切的单晶硅片是<110>或<100>单晶硅片，其表面分别与(110)晶格面或(100)晶格面平行；所述斜切单晶硅片是指对普通<110>或<100>型单晶硅片进行切割，新的表面与原表面或与原表面相平行的晶格面有一个角度，即切偏角；切偏角根据单晶硅片晶向与所制作阶梯光栅闪耀角度θ_b确定。

3.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第3步中的光刻胶为正性光刻胶，或负性光刻胶。

4.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第5步中的刻蚀氮化硅膜层的条件：采用反应离子刻蚀(RIE)，反应气体四氟化碳(CF4)，气压0.1-1.5Pa，射频功率50-300W自偏压100-200V，时间大于等于30秒。

5.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第6步中的各向异性刻蚀硅的条件为：采用氢氧化钾溶液或TMAH溶液，浓度20％-60％，温度根据刻蚀速率确定，20℃-85℃，80℃时硅在<110>方向刻蚀速率约1.2μm/min；刻蚀深度根据光栅周期及闪耀角确定，对光栅沟槽密度79线/mm,闪耀角55°，深度应大于5.95μm，刻蚀时间5分钟。

6.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第7步中的所述去除氮化硅条件：10％-40％HF溶液，时间2-20分钟。

7.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第8步中的光刻胶为正性光刻胶，所填充光刻胶的厚度等于光栅沟槽深度。

8.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第9步中对所述填满光刻胶的硅光栅结构倾斜曝光，不需要掩模版，直接使用光强均匀的紫外光源曝光。

9.根据权利要求1所述的顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，其特征在于：所述第10步中镀制的反射膜根据阶梯光栅工作波段确定，在可见光波段使用铝膜，在红外波段使用金膜；镀制反射膜的方法是热蒸发镀膜或溅射镀膜。