一种顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法
阅读：186发布：2024-01-25
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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(SiNx)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(SiNx)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θb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。
一种顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法
技术领域
背景技术
[0002] 近年来快速发展的阶梯光栅光谱仪，利用阶梯光栅为主色散元件,辅以横向色散元件进行级次分离,用面阵CCD同时记录下宽光谱范围(可见光至红外)的谱线，整个系统体积小，工作波长范围宽，线色散率高，分辨率高。阶梯光栅作为闪耀光栅的一种特殊类型，与通常的闪耀光栅主要区别在于阶梯光栅工作时使用沟槽的“短边”，即闪耀角通常大于45°。
[0003] 对于以光栅为色散元件的光谱仪器，色散率与分辨率是表征其光学特性的重要参数。线色散率：
[0004]
[0005] 光栅分辨率：
[0006]
[0007] 其中，d是光栅常数，m是光谱级次，N是光栅线条总数，f代表谱仪的聚焦长度，β代表衍射角，波长λ和λ+dλ两谱线在焦面上分开的距离dl越大，线色散率越大，分辨率越高，光谱仪性能越好。为了提高光谱仪的色散率和分辨率，一种方法是减小光栅常数d，扩大光栅面积以增加光栅线条数N，制作大面积高线密度的闪耀光栅，这是阶梯光栅发展初期常用方法，难度大，且光栅线密度与面积的提高是有限的。另一方法是使用大周期(通常大于10微米)闪耀光栅，即阶梯光栅。阶梯光栅能够在宽光谱范围以较大衍射角(β)闪耀在高级次(m)，且光栅周期大而容易制作大面积的光栅结构(增加光栅刻槽数N)，结果将获得更高的线色散率和分辨率。因此，阶梯光栅实质上是一种粗光栅，刻线密度小于100线/毫米，具有较大的闪耀角，可以用于很高的干涉级次，具有极高的分辨率。普通光栅是靠增大焦距f提高色散率，而阶梯光栅是通过增大闪耀角β(50°～70°)，利用高光谱级次m(40～120级)来提高线色散率的。目前已有的文献：文献1:G.R.Harrison,"The Production of Diffraction Gratings:II.The Design of Echelle Gratings and Spectrographs,"J.Opt.Soc.Am.39,522-527(1949).对阶梯光栅的设计以及使用机械刻划制作阶梯光栅技术进行了介绍。文献2：红外衍射光栅的制作与评价(U.U.Graf,D.T.Jaffe,E.J.Kim,J.H.Lacy,H.Ling,J.T.Moore,and G.Rebeiz,"fabrication and evaluation of an etched infrared diffration grating",Applied Optics33,96-102(1994))介绍了使用各向异性湿法刻蚀在<100>硅基底中制作阶梯光栅，光栅槽型为等腰三角形，闪耀角55°，顶角70.53°。文献3：制作有微结构的红外硅棱镜(D.J.Mar,J.P.Marsh,C.P.Deen,H.Ling,H.Choo,and D.T.Jaffe,"Micromachined silicon grisms for infrared optics,"Applied Optics48,1016-1029(2009).)提出了将硅做成棱镜用作红外波段色散元件，硅棱镜的一侧边上仍然使用各向异性湿法刻蚀在<100>硅基底上制作阶梯光栅结构，通过不同的切割角度获得了三种闪耀角：6.16°、54.7°及63.4°阶梯光栅，顶角70.53°。文献4：使用阶梯光栅对TE与TM偏振光实现完美闪耀(Kleemann B H.Perfect blazing with echelle gratings in TE and TM polarization[J].Optics letters,37(6):1002-10042012.)，介绍了对于阶梯光栅，实现完美闪耀的两个必要条件：
三角形槽型的顶角为90°，以及不存在比自准直入射时的衍射级更高的衍射级次。阶梯光栅是阶梯光栅谱仪的核心元件，高衍射效率是阶梯光栅发展过程中所追求的目标。根据文献4,三角形槽型的阶梯光栅的顶角是否为90°将直接影响是否能获得完美闪耀，如图1的a，b，c所示，顶角是直角的三角形槽型(如图1的b所示)的衍射效率较顶角70.5°的三角形槽型(如图1的c所示)高。文献1中介绍的机械刻划光栅，槽型顶角近似直角，但刻划产生的闪耀面粗糙，且制作周期长。文献2与文献3介绍在<100>硅片上，制作以(111)晶格面为闪耀面的阶梯光栅，表面平整光滑，减小了光线的散射，但顶角不是理想的90°角，限制了光栅衍射效率的进一步提高。
三角形槽型的顶角为90°，以及不存在比自准直入射时的衍射级更高的衍射级次。阶梯光栅是阶梯光栅谱仪的核心元件，高衍射效率是阶梯光栅发展过程中所追求的目标。根据文献4,三角形槽型的阶梯光栅的顶角是否为90°将直接影响是否能获得完美闪耀，如图1的a，b，c所示，顶角是直角的三角形槽型(如图1的b所示)的衍射效率较顶角70.5°的三角形槽型(如图1的c所示)高。文献1中介绍的机械刻划光栅，槽型顶角近似直角，但刻划产生的闪耀面粗糙，且制作周期长。文献2与文献3介绍在<100>硅片上，制作以(111)晶格面为闪耀面的阶梯光栅，表面平整光滑，减小了光线的散射，但顶角不是理想的90°角，限制了光栅衍射效率的进一步提高。
发明内容
[0008] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法，以提高光栅在闪耀级次的衍射效率3％-19％；同时制造工艺简单。
[0009] 本发明的技术解决方案；
[0010] 首次提出使用光刻技术在硅阶梯光栅结构上，制作出顶角90°的三角形阶梯光栅，仍然以天然形成的硅(111)晶格面为闪耀面，闪耀角可通过切割硅基片时，新的表面原表面的夹角即切偏角来控制。可以获得任意闪耀角，且顶角为90°的阶梯光栅，将进一步提高光栅在闪耀级次的衍射效率。
[0011] 本发明的操作步骤如下：
[0012] 第1步、准备斜切的单晶硅片；所述用于斜切的单晶硅片可以是普通的<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θb确定。
[0014] 第3步、涂布光刻胶：
[0015] 使用旋转涂胶法在氮化硅膜上涂布0.1-1μm厚度的光刻胶层；
[0016] 第4步、制作光刻胶掩模图形：
[0017] 使用有预定周期(如12.658微米，对应光栅线条密度79线/毫米)光栅图形的掩模版，通过曝光、显影、烘干等光刻步骤得到光刻胶光栅图形；
[0018] 第5步、刻蚀氮化硅：
[0019] 以光刻胶为掩模，使用反应离子刻蚀氮化硅膜层，将光刻胶光栅图形转移成氮化硅光栅掩模图形。
[0020] 第6步、湿法刻蚀硅：
[0022] 第7步、去除剩余氮化硅层：
[0023] 使用氢氟酸(HF)浸泡去除氮化硅；
[0024] 第8步、在光栅沟槽填充光刻胶：
[0025] 在硅阶梯光栅上涂布光刻胶，是光栅沟槽中填满光刻胶；
[0026] 第9步、倾斜曝光：
[0027] 将沟槽填满光刻胶的光栅结构倾斜置于紫外光场中，使部分沟槽内部分光刻胶被曝光，曝光光线与光栅法线夹角，即入射角等于光栅闪耀角；
[0028] 第10步、显影：
[0029] 曝光后进行显影，使用0.5％氢氧化钠溶液溶解被曝光的光刻胶，获得顶角为90°的三角形槽型阶梯光栅结构；
[0031] 在阶梯光栅上镀制铝、黄金或其它反射膜，镀膜材料根据光栅使用波段确定。
[0032] 所述氮化硅膜可以通过低压气相沉积，或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，也可以通过磁控溅射制作，作为强碱溶液刻蚀硅的掩模材料，厚度以保证湿法刻蚀硅时能保护被覆盖部份的硅为宜，建议厚度20-100nm。
[0033] 步骤2所述光刻胶可以是正性光刻胶(简称正胶)，也可以是负性光刻胶(简称负胶)，根据光刻掩模版上图形及制作需要确定。步骤7所述填充的光刻胶为正性光刻胶。
[0035] 所述刻蚀硅的条件：氢氧化钾溶液，浓度50％，温度根据刻蚀速率确定，20℃至85℃，80℃时在硅晶向<110>方向刻蚀速率约1.2μm/min，在硅晶向<100>方向刻蚀速率约1.4μm/min。刻蚀深度根据光栅周期及闪耀角确定，对79线/mm,闪耀角55°，深度应大于5.95μm，刻蚀时间大约5分钟。
[0037] 所述倾斜曝光条件：沟槽部分被填充光刻胶以后，直接放置与紫外光场中，无需掩模版，入射光线与光栅法线间夹角即倾斜角度等于光栅闪耀角。曝光时间根据曝光场能量密度及光刻胶厚度决定。
[0038] 所述显影条件：使用光刻胶厂商提供的专用显影液或0.5％的氢氧化钠(NaOH)水溶液在常温下进行显影操作，显影终点选择在待去除部分光刻胶(对正胶，即被曝光部分)完全去除为止。
[0040] 本发明与现有技术相比的有益技术效果在于：本发明使用紫外光刻与湿法刻蚀硅技术制作阶梯光栅，制作方法成熟而简单，制作周期短。所制作的三角形槽型阶梯光栅，不仅光栅闪耀面是光滑的硅晶格面，而且容易获得顶角90°的三角形沟槽，满足了阶梯光栅完美闪耀的条件之一。本发明与以往技术不一样，虽然也利用了单晶硅来制作三角形槽型阶梯光栅，但增加了填充涂胶并再次光刻，改变了以往使用湿法刻蚀硅技术制作的阶梯光栅槽顶角均不是90°的现状，满足了文献4中获得完美闪耀的条件之一，将获得比文献2，文献3中顶角70.5°的三角形槽型光栅高的衍射效率。本发明所使用的用于斜切的单晶硅片可以是常见的<100>或<110>单晶硅片，切割硅片时，根据需要选择不同倾斜角，可以实现任意闪耀角度的阶梯光栅制作。
[0041] 总之，采用本发明所制作的光栅结构，光栅闪耀面是光滑的单晶硅<111>晶格面，能有效降低散射，而且实现了90°顶角的三角形槽阶梯光栅的制作，将提高光栅衍射效率。根据使用波段在光栅表面可选择镀制不同种类反射膜层，实现光栅在宽波段均具有高衍射效率。
附图说明
附图说明
[0042] 图1为计算获得顶角为90°的三角形槽型与顶角70.5°的等腰三角形槽型阶梯及光栅闪耀级次衍射效率；其中a为90°的三角形槽型；，b为顶角70.5°的等腰三角形槽型阶梯，c为顶角为90°的三角形槽型与顶角70.5°的等腰三角形槽型阶梯光栅闪耀级次衍射效率；
[0043] 图2为本发明阶梯光栅制作步骤流程图；
[0044] 图3为本发明所使用的斜切<110>硅片，图中标明了硅片斜切后新的表面与内部(110)及(111)晶格面的相对关系，新表面与(110)晶格面夹角α数值上等于90°-θb，θb为光栅闪耀角。
[0045] 图4为本发明方法制作中的镀氮化硅(SiNx)膜；
[0046] 图5为本发明方法制作中的涂布光刻胶；
[0047] 图6为本发明方法制作中的光刻制备光刻胶光栅掩模图形；
[0048] 图7为本发明方法制作中的刻蚀氮化硅；
[0049] 图8为本发明方法制作中的以氮化硅为掩模，湿法刻蚀硅，形成平行四边形槽型硅光栅；
[0050] 图9为本发明方法制作中的去除剩余氮化硅；
[0051] 图10为本发明方法制作中在硅光栅上再次涂布光刻胶后，沟槽中已被填充光刻胶；
[0052] 图11为本发明方法制作中对沟槽中填满光刻胶的光栅结构进行倾斜紫外曝光；
[0053] 图12为本发明制作中对倾斜曝光后硅光栅结构进行显影，获得90°顶角的三角形槽型光栅结构；
[0055] 图14为本发明方法制作中的在90°顶角三角形槽型光栅结构上镀制反射层，反射层的种类根据阶梯光栅使用波段确定。
[0056] 图15为本发明方法制作中的在90°顶角与文献2、文献3中使用<100>单晶硅制作的顶角70.53°的硅阶梯光栅衍射效率比较，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角光栅高6％-19％，测量波长1.5-1.6μm。
[0057] 图16为选用斜切<100>单晶硅片，使用本发明方法制作中硅片的切偏角与晶格面的示意图。
[0058] 图17为选用斜切<100>单晶硅片，本发明方法制作中以氮化硅为掩模，湿法刻蚀硅，形成顶角70.53°的三角形槽型硅光栅；
[0059] 图18为选用斜切<100>单晶硅片，本发明方法制作中去除剩余氮化硅；
[0060] 图19为选用斜切<100>单晶硅片，本发明方法制作中在硅光栅上再次涂布光刻胶后，沟槽中已被填充光刻胶；
[0061] 图20为选用斜切<100>单晶硅片，本发明方法制作中对沟槽中填满光刻胶的光栅结构进行倾斜紫外曝光；
[0062] 图21为选用斜切<100>单晶硅片，本发明制作中对倾斜曝光后硅光栅结构进行显影，获得90°顶角的三角形槽型光栅结构；
[0063] 图22为选用斜切<100>单晶硅片，本发明方法制作中的在90°顶角三角形槽型光栅结构上镀制反射层，反射层的种类根据阶梯光栅使用波段确定。
[0064] 图23为本发明方法制作中，使用斜切<110>单晶硅片，制作的90°顶角、76°闪耀角阶梯光栅与使用<100>单晶硅制作的顶角70.53°，闪耀角76°的硅阶梯光栅衍射效率比较，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角光栅高6％-14％，测量波长1.5-1.6μm。
[0065] 图24为本发明方法制作中，使用斜切<100>单晶硅片，制作的90°顶角、54.47°闪耀角阶梯光栅与使用<100>单晶硅制作的顶角70.53°、闪耀角54.47°°的硅阶梯光栅衍射效率比较，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角光栅高3％-11％，测量波长1.5-1.6μm。
[0066] 图25为本发明方法制作中，使用斜切<100>单晶硅片，制作的90°顶角、76°闪耀角阶梯光栅与使用<100>单晶硅制作的顶角70.53°、闪耀角76°的硅阶梯光栅衍射效率比较，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角光栅高5％-17％，测量波长1.5-1.6μm。
具体实施方式
[0067] 在阐述本发明之前，对相关术语进行说明。
[0068] 本发明中使用的<>是用来表示晶向的符号，()用来表示晶格面，一个晶格面的方向(即晶向)是指该晶格面的法线方向，如<110>是指(110)晶格面的法线方向。
[0069] 下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步描述。
[0070] 实施例1——使用斜切的<110>单晶硅片，制作闪耀角54.7°阶梯光栅：
[0071] 阶梯光栅制备方法包括以下操作步骤，见图2；
[0072] 选择斜切的<110>单晶硅片1，为了制作闪耀角54.7°的阶梯光栅，切偏角即斜切后的硅片表面与<110>单晶硅片的原表面，即(110)晶格面夹角α等于35.3°，见图3；
[0073] 使用低压化学气相沉积(LPCVD)在硅片上镀制厚度50nm的氮化硅(SiNx)膜2，见图4；
[0074] 使用旋转涂胶法在氮化硅膜上涂厚度200nm的正性光刻胶3，见图5，光刻胶厚度根据氮化硅厚度确定，需要大于氮化硅膜层2的厚度，选择100-1000nm；
[0075] 使用掩模版在紫外光刻机上曝光，通过显影，烘干等一系列光刻技术的必要步骤获得与掩模版上图形一致的光刻胶浮雕图形，保证光刻胶光栅线条之间露出氮化硅2，见图6，掩模版上有周期12.658μm，线条密度79线/mm，间距10μm的光栅线条铬掩模图形；
[0076] 做好光刻胶掩模图形后，进行反应离子刻蚀(RIE)氮化硅膜，反应气体四氟化碳(CF4)，时间2分钟(刻蚀条件：气压0.5Pa，射频功率100W，偏压100V)，获得有剩余光刻胶覆盖的氮化硅掩模图形2，见图7；
[0077] 使用50％氢氧化钾(KOH)溶液浸泡，刻蚀硅1，形成平行四边形槽型光栅结构，光栅线条上有剩余氮化硅2覆盖，见图8。浸泡时间与溶液浓度及温度相关，80℃50％KOH溶液，刻蚀时间约6min。
[0078] 使用氢氟酸(HF)溶液：39％HF，浸泡时间10min(氮化硅厚度50nm)；去除剩余氮化硅2，获得硅光栅结构，见图9。
[0079] 在硅光栅上再次涂布光刻胶，使光栅沟槽内完全填满光刻胶，如图10；
[0080] 然后，对沟槽内填满光刻胶的硅光栅结构倾斜曝光，曝光光束与光栅法线夹角数值上等于光栅闪耀角54.7°，见图11，；
[0081] 倾斜曝光后，进行显影，使用0.5％氢氧化钠水溶液，将被曝光部分的光刻胶溶解，获得闪耀角54.7°，顶角是90°的三角形槽阶梯光栅结构，见图12与图13；
[0082] 最后在硅光栅1上镀厚度100nm的铝膜4作为反射层，见图14，提高光栅衍射效率。镀膜方式：热蒸发镀铝，膜厚200nm。
[0083] 镀铝后与文献2、文献3中使用<100>单晶硅制作的顶角70.53°的硅阶梯光栅衍射效率比较，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角光栅高6％-19％，测量波长1.5-1.6μm，见图15。
[0084] 实施例2——使用斜切的<110>单晶硅片，制作闪耀角76°阶梯光栅：
[0085] 选择斜切的<110>单晶硅片1，制作闪耀角76°，切偏角即斜切后的硅片表面与原表面，即(110)晶格面夹角α等于14°，见图3；
[0086] 使用低压化学气相沉积(LPCVD)在硅片上镀制厚度50nm的氮化硅(SiNx)膜2，见图4；
[0087] 使用旋转涂胶法在氮化硅膜上涂厚度100nm的正性光刻胶3，见图5，光刻胶厚度根据氮化硅厚度确定，需要大于氮化硅膜层2的厚度，选择100-1000nm；
[0088] 使用掩模版在紫外光刻机上曝光，通过显影，烘干等一系列光刻技术的必要步骤获得与掩模版上图形一致的光刻胶浮雕图形，保证光刻胶光栅线条之间露出氮化硅2，见图6，掩模版上有周期12.658μm，线条密度79线/mm，间距10μm的光栅线条铬掩模图形；
[0089] 做好光刻胶掩模图形后，进行反应离子刻蚀(RIE)氮化硅膜，反应气体四氟化碳(CF4)，时间2分钟(刻蚀条件：气压0.5Pa，射频功率100W，偏压100V)，获得有剩余光刻胶覆盖的氮化硅掩模图形2，见图7；
[0090] 使用50％氢氧化钾(KOH)溶液浸泡，刻蚀硅1，形成平行四边形槽型光栅结构，光栅线条上有剩余氮化硅2覆盖，见图8。浸泡时间与溶液浓度及温度相关，80℃50％KOH溶液，刻蚀时间约6min。
[0091] 使用氢氟酸(HF)溶液：39％HF，浸泡时间10min(氮化硅厚度50nm)；去除剩余氮化硅2，获得硅光栅结构，见图9。
[0092] 在硅光栅上再次涂布光刻胶，使光栅沟槽内完全填满光刻胶，如图10；
[0093] 然后，对沟槽内填满光刻胶的硅光栅结构倾斜曝光，曝光光束与光栅法线夹角数值上等于光栅闪耀角76°，见图11，；
[0094] 倾斜曝光后，进行显影，使用0.5％氢氧化钠水溶液，将被曝光部分的光刻胶溶解，获得闪耀角76°，顶角是90°的三角形槽阶梯光栅结构，见图12；
[0095] 最后在硅光栅1上镀厚度100nm的铝膜4作为反射层，见图14，提高光栅衍射效率。镀膜方式：热蒸发镀铝，膜厚200nm。
[0096] 测量镀铝后的自准直级次衍射效率与使用<100>单晶硅制作的顶角70.53°的硅阶梯光栅衍射效率比较，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角光栅高6％-14％，测量波长1.5-1.6μm，见图23。
[0097] 实施例3——使用<100>单晶硅片，制作闪耀角54.7°阶梯光栅：
[0098] 选择<100>单晶硅片1，因<100>硅片表面与(111)面夹角α等于54.7°，，切偏角即斜切后硅片的新表面与原表面，即(100)晶格面夹角α等于0°，见图16；
[0099] 使用低压化学气相沉积(LPCVD)在硅片上镀制厚度50nm的氮化硅(SiNx)膜2，见图4；
[0100] 使用旋转涂胶法在氮化硅膜上涂厚度100nm的正性光刻胶3，见图5，光刻胶厚度根据氮化硅厚度确定，需要大于氮化硅膜层2的厚度，选择100-1000nm；
[0101] 使用掩模版在紫外光刻机上曝光，通过显影，烘干等一系列光刻技术的必要步骤获得与掩模版上图形一致的光刻胶浮雕图形，保证光刻胶光栅线条之间露出氮化硅2，见图6，掩模版上有周期12.658μm，线条密度79线/mm，间距10μm的光栅线条铬掩模图形；
[0102] 做好光刻胶掩模图形后，进行反应离子刻蚀(RIE)氮化硅膜，反应气体四氟化碳(CF4)，时间2分钟(刻蚀条件：气压0.5Pa，射频功率100W，偏压100V)，获得有剩余光刻胶覆盖的氮化硅掩模图形2，见图7；
[0103] 使用50％氢氧化钾(KOH)溶液浸泡，刻蚀硅1，形成等腰三角形槽型光栅结构，顶角70.53°，光栅线条上有剩余氮化硅2覆盖，见图17。浸泡时间与溶液浓度及温度相关，80℃50％KOH溶液，刻蚀时间约6min。
[0104] 使用氢氟酸(HF)溶液：39％HF，浸泡时间10min(氮化硅厚度50nm)；去除剩余氮化硅2，获得硅光栅结构，见图18。
[0105] 在硅光栅上再次涂布光刻胶，使光栅沟槽内完全填满光刻胶，如图19；
[0106] 然后，对沟槽内填满光刻胶的硅光栅结构倾斜曝光，曝光光束与光栅法线夹角数值上等于光栅闪耀角54.7°，见图20；
[0107] 倾斜曝光后，进行显影，使用0.5％氢氧化钠水溶液，将被曝光部分的光刻胶溶解，获得闪耀角54.7°，顶角是90°的三角形槽阶梯光栅结构，见图21；
[0108] 最后在硅光栅1上镀厚度100nm的铝膜4作为反射层，见图22，提高光栅衍射效率。镀膜方式：热蒸发镀铝，膜厚200nm。
[0109] 测量镀铝后的自准直级次衍射效率，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角，闪耀角54.7°光栅高3％-11％，测量波长1.5-1.6μm，见图24。
[0110] 实施例4——使用<100>单晶硅片，制作闪耀角76°阶梯光栅：
[0111] 选择<100>单晶硅片1，因<100>硅片表面与(111)面夹角α等于54.7°，，切偏角即斜切后硅片新表面与原表面即(100)晶格面夹角α等于21.3°，见图16；
[0112] 使用低压化学气相沉积(LPCVD)在硅片上镀制厚度50nm的氮化硅(SiNx)膜2，见图4；
[0113] 使用旋转涂胶法在氮化硅膜上涂厚度300nm的正性光刻胶3，见图5，光刻胶厚度根据氮化硅厚度确定，需要大于氮化硅膜层2的厚度，选择100-1000nm；
[0114] 使用掩模版在紫外光刻机上曝光，通过显影，烘干等一系列光刻技术的必要步骤获得与掩模版上图形一致的光刻胶浮雕图形，保证光刻胶光栅线条之间露出氮化硅2，见图6，掩模版上有周期12.658μm，线条密度79线/mm，间距10μm的光栅线条铬掩模图形；
[0115] 做好光刻胶掩模图形后，进行反应离子刻蚀(RIE)氮化硅膜，反应气体四氟化碳(CF4)，时间2分钟(刻蚀条件：气压0.5Pa，射频功率100W，偏压100V)，获得有剩余光刻胶覆盖的氮化硅掩模图形2，见图7；
[0116] 使用50％氢氧化钾(KOH)溶液浸泡，刻蚀硅1，形成三角形槽型光栅结构，顶角70.53°，光栅线条上有剩余氮化硅2覆盖，见图17。浸泡时间与溶液浓度及温度相关，
80℃50％KOH溶液，刻蚀时间约6min。
80℃50％KOH溶液，刻蚀时间约6min。
[0117] 去除剩余氮化硅2，获得硅光栅结构，见图18。使用氢氟酸(HF)溶液：39％HF，浸泡时间10min(氮化硅厚度50nm)；
[0118] 在硅光栅上再次涂布光刻胶，使光栅沟槽内完全填满光刻胶，如图19；
[0119] 然后，对沟槽内填满光刻胶的硅光栅结构倾斜曝光，曝光光束与光栅法线夹角数值上等于光栅闪耀角54.7°，见图20；
[0120] 倾斜曝光后，进行显影，使用0.5％氢氧化钠水溶液，将被曝光部分的光刻胶溶解，获得闪耀角76°，顶角是90°的三角形槽阶梯光栅结构，见图21；
[0121] 最后在硅光栅1上镀厚度100nm的铝膜4作为反射层，见图22，提高光栅衍射效率。镀膜方式：热蒸发镀铝，膜厚200nm。
[0122] 测量镀铝后的自准直级次衍射效率，与使用<100>单晶硅制作的顶角70.53°的硅阶梯光栅衍射效率比较，本发明制作的90°顶角光栅衍射效率较70.53°顶角，闪耀角76°光栅高5％-17％，测量波长1.5-1.6μm，见图25。
[0123] 总之，本发明提出了使用倾斜切割的<110>或<100>单晶硅片，通过再次涂胶、倾斜曝光及显影，制作顶角为直角的三角形槽型光栅，且闪耀面是硅(111)晶格面，表面平整光滑，兼顾了迄今为止两种主要类型阶梯光栅的优点，因此本发明在不增加制作难度的基础上，提出了一种简单、新颖的且光栅在闪耀级次的衍射效率高的阶梯光栅制作方法，在常用单晶硅片上，实现了阶梯光栅获得完美闪耀的条件之一——顶角90°的三角形槽型。
[0124] 本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
[0125] 以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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