本發明屬于周期性微結構制備技術領域，特別是一種工藝和設備要求低、制造成本低的多倍頻溝槽型周期柵陣制備方法。

背景技術：

周期柵陣是一種制作在電子或光學器件基片表面周期微結構，其中一種形式為在基片表面周期排列的若干平行下凹溝槽的組合。溝槽型周期柵陣廣泛應用于微電子器件和光學器件中，如聲表面波器件中的叉指換能器、反射陣、多條耦合器等，光學器件中的反射光柵、衍射光柵等。

溝槽周期柵陣的常規制作方法包括光刻、刻蝕等。在聲表面波器件的應用中，隨著聲表面波器件工作頻率的不斷提高，其所包含的周期柵陣的柵頻率也隨之不斷增大，即構成周期柵陣的平行溝槽的寬度與間隙不斷減小。

周期柵陣的制備方法中的關鍵技術是光刻，現行技術中制作高柵頻溝槽型周期柵陣的光刻方法主要是利用分辨率不斷提高的光學光刻技術。

其中紫外光源的接觸式或接近式光刻對工藝及設備要求低，但可實現的圖形分辨率不高，而深紫外光源的投影式光刻可實現的圖形分辨率高，但對設備、工藝特別是關鍵的高分辨率光刻掩膜版的要求高，相應增加了制造成本(參見：童志義，光學光刻技術現狀及發展趨勢，電子工業專業設備，2001，vol30，no1，pp.1-9)。

其次是采用先進的電子束曝光技術，直寫式電子束曝光可實現超高圖形分辨率,無需復雜的投影光學系統以及光刻掩膜版制備過程(參見：張琨等，電子束光刻技術的原理及其在微納加工與納米器件制備中的應用，電子顯微學報,2006，25(2):97-103；韓偉華等，微納加工技術在光電子領域的應用，物理,2006,35(1):51-55)，缺點是直寫式曝光過程限制了圖形成像的速度，產能上的瓶頸使其目前僅作為一種輔助技術，主要應用于光刻掩膜版和小批量器件的制備，工藝成本較高。

總之，現有技術存在的問題是：多倍頻溝槽型周期柵陣的制備設備要求高，工藝包成本高。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種多倍頻溝槽型周期柵陣制備方法，工藝和設備要求低、制造成本低。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種多倍頻溝槽型周期柵陣制備方法，包括如下步驟：

(10)基準溝槽獲取：在基片上通過一次移動周期柵陣光刻掩膜版、二次曝光、刻蝕，得到基準組溝槽；

(20)重復溝槽獲取：在已得到基準組溝槽或者已得到基準組溝槽和部分重復組溝槽的基片上，通過二次移動周期柵陣光刻掩膜版、二次曝光、刻蝕，得到一組重復組溝槽；

(30)溝槽陣列獲取：重復步驟(20)重復溝槽獲取，制備所需組數的重復組溝槽，得到多倍頻溝槽型周期柵陣。

所述在基片表面刻蝕溝槽的方法為濕法刻蝕，或者反應離子刻蝕。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：

設備要求低，制造成本省：本發明利用低柵頻率的周期柵陣光刻掩膜版實現高柵頻率的周期柵陣，降低了制作高柵頻率周期柵陣的工藝要求和設備要求，包括制備高分辨率光刻掩膜版的要求；從而降低工藝成本，易于實現和推廣。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明多倍頻溝槽型周期柵陣制備方法主流程圖。

圖2為圖1中基準溝槽獲取步驟的流程圖。

圖3為圖1中重復溝槽獲取步驟的流程圖。

圖4(a)為本發明用于制作3倍頻溝槽型周期柵陣的常規柵頻率的周期柵陣光刻掩膜版上的掩膜圖形示意圖；

圖4(b)為本發明用于制作3倍頻溝槽型周期柵陣的常規柵頻率的周期柵陣光刻掩膜版的截面示意圖；

圖5為本發明采用上述周期柵陣光刻掩膜版制作3倍頻溝槽型周期柵陣的工藝流程中第1、2、3、4、5、6次曝光時周期柵陣光刻掩膜版的相對位置(從上至下)示意圖；

圖6(a)～圖6(l)為本發明采用上述周期柵陣光刻掩膜版制作3倍頻溝槽型周期柵陣的工藝流程及各個工序完成后的基片表面結構示意圖，

其中：圖6(a)為第1次涂膠后基片表面結構示意圖；

圖6(b)為第1次曝光、第2次曝光及顯影后的基片表面結構示意圖；

圖6(c)為第1次刻蝕基片后的基片表面結構示意圖；

圖6(d)為第1次去膠后基片表面結構示意圖；

圖6(e)為第2次涂膠后基片表面結構示意圖；

圖6(f)為第3次曝光、第4次曝光及顯影后的基片表面結構示意圖；

圖6(g)為第2次刻蝕基片后的基片表面結構示意圖；

圖6(h)為第2次去膠后基片表面結構示意圖；

圖6(i)為第3次涂膠后的基片表面結構示意圖；

圖6(j)為第5次曝光、第6次曝光及顯影后的基片表面結構示意圖；

圖6(k)為第3次刻蝕基片后的基片表面結構示意圖；

圖6(l)為第3次去膠后基片表面結構示意圖。

圖中：1壓電基片、2光刻掩膜版、21光刻掩膜版不透光部分、22光刻掩膜版透光部分、3旋涂后曝光前的光刻膠膠膜、31第1次曝光和第2次曝光及顯影后存留的光刻膠膠膜、311第1次曝光光刻膠膠膜感光部位、312第2次曝光光刻膠膠膜感光部位、313第1次曝光和第2次曝光光刻膠膠膜重疊感光部位、32第3次曝光和第4次曝光及顯影后存留光刻膠膠膜、321第3次曝光光刻膠膠膜感光部位、322第4次曝光光刻膠膠膜感光部位、323第3次曝光和第4次曝光光刻膠膠膜重疊感光部位、33第5次曝光和第6次曝光及顯影后存留光刻膠膠膜、331第5次曝光光刻膠膠膜感光部位、332第6次曝光后光刻膠膠膜感光部位、333第5次曝光和第6次曝光光刻膠膠膜重疊感光部位、4金屬膜、5-1三倍頻周期柵陣基準組溝槽、5-2三倍頻周期柵陣第1組重復組溝槽、5-3三倍頻周期柵陣第2組重復組溝槽。

具體實施方式

如圖1所示，本發明多倍頻溝槽型周期柵陣制備方法，包括如下步驟：

(10)基準溝槽獲取：在基片上通過一次移動周期柵陣光刻掩膜版、二次曝光、刻蝕，得到基準組溝槽；

優選地，如圖2所示，所述(10)基準溝槽獲取步驟包括：

(11)第1次曝光：周期柵陣光刻掩膜版保持起始位置，對旋涂負性光刻膠的基片進行第1次曝光；

(12)第2次曝光：將光刻掩膜版右移(n-1)/2n掩膜版柵周期，對第1次曝光后的基片進行第2次曝光；

(13)刻蝕溝槽：顯影去除基片未曝光部分的光刻膠膠膜，刻蝕無光刻膠膠膜處的基片材料至所需深度；

(14)去膠：去膠，得到n倍頻溝槽型周期柵陣的第1組溝槽，即基準組溝槽，n為整數。

(20)重復溝槽獲取：在已得到基準組溝槽或者已得到基準組溝槽和部分重復組溝槽的基片上，通過二次移動周期柵陣光刻掩膜版、二次曝光、刻蝕，得到一組重復組溝槽；

優選地，如圖3所示，所述(20)重復溝槽獲取步驟包括：

(21)一次曝光：將光刻掩膜版左移|n-3|/2n掩膜版柵周期，對已得到基準組溝槽或者已得到基準組溝槽和部分重復組溝槽并再次旋涂負性光刻膠的基片進行一次曝光；

(22)二次曝光：將光刻掩膜版右移(n-1)/2n掩膜版柵周期，對經第1次曝光后的基片進行二次曝光；

(23)刻蝕溝槽：顯影去除基片未曝光部分的光刻膠膠膜，刻蝕無光刻膠膠膜處的基片材料至所需深度；

(24)去膠：去膠，得到n倍頻溝槽型周期柵陣的下一組溝槽，即一組重復組溝槽，n為整數。

(30)溝槽柵陣獲取：重復步驟(20)重復溝槽獲取，制備所需組數的重復組溝槽，得到多倍頻溝槽型周期柵陣。

為更好地理解本發明方法，下面以具體實施例加以說明

實施例1：

如圖6(a)～圖6(l)所示，一種利用常規柵頻率周期柵陣光刻掩膜版在單晶硅基片上制作3倍頻溝槽型周期柵陣的工藝方法，其具體步驟為：

(1)單晶硅基片上旋涂負性光刻膠；

(2)光刻掩膜版保持起始位置，第1次曝光；

(3)光刻掩膜版右移1/3掩膜版柵周期，第2次曝光；

(4)顯影，去除未曝光部分的光刻膠膠膜；

(5)刻蝕無光刻膠膠膜處的單晶硅基片材料至適當深度；

(6)去膠，得到3倍頻周期柵陣的第1組溝槽，即基準組溝槽；

(7)上述基片結構層上旋涂負性光刻膠；

(8)光刻掩膜版保持原位，第3次曝光；

(9)光刻掩膜版右移1/3掩膜版柵周期，第4次曝光；

(10)顯影去除未曝光部分的光刻膠膠膜；

(11)刻蝕無光刻膠膠膜處的單晶硅基片材料至適當深度；

(12)去膠，得到3倍頻周期柵陣的第2組溝槽，即第1組重復組溝槽；

(13)上述基片結構層上涂覆負性光刻膠；

(14)光刻掩膜版保持原位，第5次曝光；

(15)光刻掩膜版右移1/3掩膜版柵周期，第6次曝光；

(16)顯影去除未曝光部分的光刻膠膠膜；

(17)刻蝕無光刻膠膠膜處的單晶硅基片材料至適當深度；

(18)去膠，得到3倍頻周期柵陣的第3組溝槽，即第2組重復組溝槽，完成3倍頻溝槽型周期柵陣的制作。