專利名稱：一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于紅外光學窗口技術領域，具體涉及一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法。
背景技術：
現(xiàn)有的紅外光學窗口材料由于具有較大反射系數(shù)，所以當作為紅外光學窗口時需要進行表面抗反射處理。傳統(tǒng)的方法是在紅外光學窗片表面淀積單層或多層抗反射鍍層。但是淀積薄膜的方法具有如附著性、抗蝕性、穩(wěn)定性、熱脹失配、組分滲透和擴散以及不能找到合適材料等固有問題。亞波長抗反射結構是在基底表面通過半導體大規(guī)模集成電路的工藝方法制作結構尺寸接近或小于光波波長的周期性結構。這樣就很好的解決了附著性、抗蝕性、穩(wěn)定性、熱脹失配、組分滲透和擴散等問題；通過改變亞波長結構的高度、周期、占空比，能夠達到改變抗反射層的等效折射率目的，從而解決了不能找到匹配抗反射層介質 膜材料的問題?，F(xiàn)有的亞波長抗反射紅外窗口只考慮在入射面制作單面抗反射結構，透過率偏低。如中國專利ZL 201110109779. 7公開了一種具有抗反射表面的ZnS紅外光學窗口及其制備方法，該紅外光學窗口采用雙面光學拋光的ZnS襯底進行單面刻蝕而成。其在8-14um波段的透射率最大增加13%，平均透射率增加10%左右。因此，需要提供一種具有更高透射率的紅外光學窗口來滿足實際應用的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，進一步的提高紅外光學窗口的透射率。本發(fā)明的技術方案為一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，它通過在紅外光學窗口的入射面和出射面刻蝕抗反射結構來提高透射率。進一步地，所述紅外光學窗口為硅片，所述入射面的抗反射結構為呈二維矩陣排列的四方柱，出射面的抗反射結構為呈二維矩陣排列的四方柱凹槽。進一步地，所述二維矩陣排列的四方柱高度為I 2um，邊長為I. 2 3. 2um，排列周期為2 4um。優(yōu)選地，二維矩陣排列的四方柱高度為I. 4um，邊長為I. 5um，排列周期為2. 5um。進一步地，所述二維矩陣排列的四方柱凹槽的深度為I 2um，邊長為1.5
2.5um,排列周期為2 3um。優(yōu)選地，二維矩陣排列的四方柱凹槽的深度為I. 4um，邊長為2um，排列周期為
2.5um。進一步地，所述刻蝕抗反射結構的方法為采用反應耦合等離子體刻蝕技術(ICP);刻蝕氣體為SF6，150 180sccm，側壁保護氣體為C4F8，lOOsccm，刻蝕氣壓為20mTorr，上電極刻蝕功率為1800 2000w，下電極刻蝕功率為20w，刻蝕時間為60s。進一步地，刻蝕前，硅片需要預處理，預處理的方法為
步驟一，硅片表面處理使用丙酮對雙面拋光硅片進行超聲波清洗，之后用去離子水沖洗干凈，接著用氫氟酸清洗硅片，再用去離子水沖洗，氮氣吹干，放入烘箱中烘干，然后冷卻至室溫;
步驟二,雙面氣相沉積氮化硅采用PECVD的方法對雙拋硅片兩面氣相沉積氮化硅層；氮化娃層厚度為400 500nm左右；
步驟三，入射面涂膠采用旋轉涂膠法對入射面涂布光刻膠；旋涂轉速為3500 r/min,涂膠厚度為800 1200nm ；
步驟四，入射面前烘對入射面涂布光刻膠后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為100°C，前·烘時間為70s ；
步驟五，入射面曝光采用非接觸式曝光的方法對入射面光刻膠層進行曝光，使得掩膜板上的入射面圖形轉移到光刻膠上；曝光時間為500ms ；
步驟六，入射面顯影使用顯影液對曝光后的入射面光刻膠進行顯影，顯影時間為60s，顯影溫度為25°C ;顯影后用去離子水反復沖洗；
步驟七，入射面后烘采用烘箱對入射面顯影后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為120°C，后烘時間為20min ；
步驟八，入射面離子刻蝕氮化硅掩膜采用反應離子刻蝕工藝(RIE)過刻氮化硅層，生成氮化硅掩膜圖形；刻蝕氣體為三氟甲烷20SCCm，氧氣5SCCm，刻蝕時間為5分鐘；
步驟九，入射面除膠采用干法去膠的方法，去膠氣體為氧氣；
步驟十，硅片表面再次處理使用丙酮對雙面拋光硅片進行超聲波清洗，之后用去離子水沖洗干凈，接著用氫氟酸清洗硅片，再用去離子水沖洗，氮氣吹干，放入烘箱中烘干，冷卻至室溫；
步驟i^一，出射面涂膠采用旋轉涂膠法對出射面涂布光刻膠；旋涂轉速為3500 r/min，涂膠厚度為800 1200nm ；
步驟十二，出射面前烘采用烘箱對出射面涂膠后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為100°C，前烘時間為70s ；
步驟十三，出射面曝光采用非接觸式曝光的方法對出射面光刻膠層進行曝光，使得掩膜板上的出射面圖形轉移到光刻膠上；曝光時間為500ms ；
步驟十四，出射面顯影使用顯影液對曝光后的出射面光刻膠進行顯影，顯影時間為60s，顯影溫度為25°C ;顯影后用去離子水反復沖洗；
步驟十五，出射面后烘采用烘箱對出射面顯影后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為120°C，后烘時間為20min ；
步驟十六，出射面離子刻蝕氮化硅掩膜采用反應離子刻蝕工藝(RIE)過刻氮化硅層，生成氮化硅掩膜圖形；刻蝕氣體為三氟甲烷20SCCm，氧氣5SCCm，刻蝕時間為5分鐘；
步驟十七，出射面除膠采用干法去膠的方法，去膠氣體為氧氣，完成預處理。進一步地，刻蝕抗反射結構后，還包括去除雙面氮化硅掩膜的步驟。去除雙面氮化硅掩膜的方法為采用HF稀溶液浸泡樣片5分鐘，取出用去離子水沖洗干凈，烘箱內烘干。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明的方法制備的這種結構可明顯增加紅外窗口的透過率，提高紅外器件的靈敏度在8 14um波段，雙面拋光硅片的平均透過率在45%左右，而本發(fā)明的方法制備的紅外光學窗口在此波段范圍內測得的平均透過率達到了 65%，提升高達20%，其中最高透過率達到 73%。在采用反應耦合等離子體刻蝕技術(ICP)雙面刻蝕硅片時，反應腔內的高溫會使光刻膠產生形變，從而影響硅片表面刻蝕形貌。本發(fā)明采用氮化硅作為刻蝕掩膜，起到了很好的保護作用。本發(fā)明采用雙面制作亞波長抗反射結構，很大程度上提升了窗口的紅外透過率。制備工藝采用傳統(tǒng)的光刻，氣相沉積以及反應離子刻蝕技術，制備工藝簡單，適合大規(guī)模生產。本發(fā)明所開發(fā)的雙面亞波長抗反射結構的制備方法在光學器件上將會有著廣泛的應用。


·圖I為具有雙面抗反射亞波長結構的硅紅外光學窗口的入射面的結構示意 圖2為具有雙面抗反射亞波長結構的娃紅外光學窗口的出射面的結構不意 圖3為具有雙面抗反射亞波長結構的娃紅外光學窗口的結構不意 圖4為不同的硅紅外光學窗口的紅外透射率曲線圖。
具體實施例方式—種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，它通過在紅外光學窗口的入射面和出射面刻蝕抗反射結構來提高透射率。下面以硅片作為紅外光學窗口為例來詳細介紹如何制備 實施例I
步驟一，硅片表面處理使用丙酮對雙面拋光硅片進行超聲波清洗，之后用去離子水沖洗干凈，接著用氫氟酸清洗硅片，再用去離子水沖洗，氮氣吹干，放入烘箱中烘干，然后冷卻至室溫;
步驟二,雙面氣相沉積氮化硅采用PECVD的方法對雙拋硅片兩面氣相沉積氮化硅層；氮化娃層厚度為400 500nm左右；
步驟三，入射面涂膠采用旋轉涂膠法對入射面涂布光刻膠；旋涂轉速為3500 r/min,涂膠厚度為800 1200nm ；
步驟四，入射面前烘對入射面涂布光刻膠后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為100°C，前烘時間為70s ；
步驟五，入射面曝光采用非接觸式曝光的方法對入射面光刻膠層進行曝光，使得掩膜板上的入射面圖形轉移到光刻膠上；曝光時間為500ms ；
步驟六，入射面顯影使用顯影液對曝光后的入射面光刻膠進行顯影，顯影時間為60s，顯影溫度為25°C ;顯影后用去離子水反復沖洗；
步驟七，入射面后烘采用烘箱對入射面顯影后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為120°C，后烘時間為20min ；
步驟八，入射面離子刻蝕氮化硅掩膜采用反應離子刻蝕工藝(RIE)過刻氮化硅層，生成氮化硅掩膜圖形；刻蝕氣體為三氟甲烷20SCCm，氧氣5SCCm，刻蝕時間為5分鐘；
步驟九，入射面除膠采用干法去膠的方法，去膠氣體為氧氣；
步驟十，硅片表面再次處理使用丙酮對雙面拋光硅片進行超聲波清洗，之后用去離子水沖洗干凈，接著用氫氟酸清洗硅片，再用去離子水沖洗，氮氣吹干，放入烘箱中烘干，冷卻
至室溫；
步驟i^一，出射面涂膠采用旋轉涂膠法對出射面涂布光刻膠；旋涂轉速為3500 r/min，涂膠厚度為800 1200nm ；
步驟十二，出射面前烘采用烘箱對出射面涂膠后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為100°C，前烘時間為70s ； 步驟十三，出射面曝光采用非接觸式曝光的方法對出射面光刻膠層進行曝光，使得掩膜板上的出射面圖形轉移到光刻膠上；曝光時間為500ms ；
步驟十四，出射面顯影使用顯影液對曝光后的出射面光刻膠進行顯影，顯影時間為60s，顯影溫度為25°C ;顯影后用去離子水反復沖洗；
步驟十五，出射面后烘采用烘箱對出射面顯影后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為120°C，后烘時間為20min ；
步驟十六，出射面離子刻蝕氮化硅掩膜采用反應離子刻蝕工藝(RIE)過刻氮化硅層，生成氮化硅掩膜圖形；刻蝕氣體為三氟甲烷20SCCm，氧氣5SCCm，刻蝕時間為5分鐘；
步驟十七，出射面除膠采用干法去膠的方法，去膠氣體為氧氣；
步驟十八，雙面刻蝕抗反射結構采用反應耦合等離子體刻蝕技術(ICP);刻蝕氣體為SF6，150 180sccm，側壁保護氣體為C4F8，lOOsccm，刻蝕氣壓為20mTorr，上電極刻蝕功率為1800 2000w，下電極刻蝕功率為20w，刻蝕時間為60s ；
刻蝕抗反射結構后的結構如圖I至圖3所示，入射面的抗反射結構為呈二維矩陣排列的四方柱，出射面的抗反射結構為呈二維矩陣排列的四方柱凹槽。所述二維矩陣排列的四方柱高度為I 2um,邊長為I. 2 3. 2um,排列周期為2 4um。所述二維矩陣排列的四方柱凹槽的深度為I 2um,邊長為I. 5 2. 5um,排列周期為2 3um。步驟十九，去除雙面氮化硅掩膜采用HF稀溶液浸泡樣片5分鐘，取出用去離子水沖洗干凈，烘箱內烘干。實驗例
米用本發(fā)明的方法制備的具有雙面抗反射亞波長結構的娃紅外光學窗口與雙面拋光的硅片和單面具有抗反射亞波長結構的硅紅外光學窗口做透射率對比實驗。如圖4所示，最上面的曲線為本發(fā)明的透射率，中間的曲線為單面具有抗反射亞波長結構的硅紅外光學窗口的透射率，最下面的為雙面拋光的硅片的透射率。從圖中看出，本發(fā)明的具有雙面抗反射亞波長結構的硅紅外光學窗口的透射率明顯高于另外兩種在8 14um波段，雙面拋光硅片的平均透過率在45%左右，而本發(fā)明的紅外光學窗口在此波段范圍內測得的平均透過率達到了 65%，提升高達20%，其中最高透過率達到73%。
權利要求
1.一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，其特征在于它通過在紅外光學窗口的入射面和出射面刻蝕抗反射結構來提高透射率。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，其特征在于所述紅外光學窗口為硅片，所述入射面的抗反射結構為呈二維矩陣排列的四方柱，出射面的抗反射結構為呈二維矩陣排列的四方柱凹槽。
3.根據(jù)權利要求2所述的具有一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口，其特征在于所述二維矩陣排列的四方柱高度為I 2um,邊長為I. 2 3. 2um,排列周期為2 4um。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口，其特征在于二維矩陣排列的四方柱高度為I. 4um,邊長為I. 5um,排列周期為2. 5um。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口，其特征在于所述二維矩陣排列的四方柱凹槽的深度為I 2um,邊長為I. 5 2. 5um,排列周期為2 3um。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口，其特征在于二維矩陣排列的四方柱凹槽的深度為I. 4um，邊長為2um，排列周期為2. 5um。
7.根據(jù)權利要求I 6任一項所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，其特征在于所述刻蝕抗反射結構的方法為采用反應耦合等離子體刻蝕技術(ICP);刻蝕氣體為SF6，150 180sccm，側壁保護氣體為C4F8，IOOsccm,刻蝕氣壓為20mTorr，上電極刻蝕功率為1800 2000w，下電極刻蝕功率為20w，刻蝕時間為60s。
8.根據(jù)權利要求2 6任一項所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，其特征在于所述硅片需要預處理，預處理的方法為 步驟一，硅片表面處理使用丙酮對雙面拋光硅片進行超聲波清洗，之后用去離子水沖洗干凈，接著用氫氟酸清洗硅片，再用去離子水沖洗，氮氣吹干，放入烘箱中烘干，然后冷卻至室溫； 步驟二,雙面氣相沉積氮化硅采用PECVD的方法對雙拋硅片兩面氣相沉積氮化硅層；氮化娃層厚度為400 500nm左右； 步驟三，入射面涂膠采用旋轉涂膠法對入射面涂布光刻膠；旋涂轉速為3500 r/min,涂膠厚度為800 1200nm ； 步驟四，入射面前烘對入射面涂布光刻膠后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為100°C，前烘時間為70s; 步驟五，入射面曝光采用非接觸式曝光的方法對入射面光刻膠層進行曝光，使得掩膜板上的入射面圖形轉移到光刻膠上；曝光時間為500ms ； 步驟六，入射面顯影使用顯影液對曝光后的入射面光刻膠進行顯影，顯影時間為60s，顯影溫度為25°C ;顯影后用去離子水反復沖洗； 步驟七，入射面后烘采用烘箱對入射面顯影后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為120°C，后烘時間為20min ； 步驟八，入射面離子刻蝕氮化硅掩膜采用反應離子刻蝕工藝(RIE)過刻氮化硅層，生成氮化硅掩膜圖形；刻蝕氣體為三氟甲烷20SCCm，氧氣5SCCm，刻蝕時間為5分鐘； 步驟九，入射面除膠采用干法去膠的方法，去膠氣體為氧氣； 步驟十，硅片表面再次處理使用丙酮對雙面拋光硅片進行超聲波清洗，之后用去離子水沖洗干凈，接著用氫氟酸清洗硅片，再用去離子水沖洗，氮氣吹干，放入烘箱中烘干，冷卻至室溫; 步驟i^一，出射面涂膠采用旋轉涂膠法對出射面涂布光刻膠；旋涂轉速為3500 r/min，涂膠厚度為800 1200nm ； 步驟十二，出射面前烘采用烘箱對出射面涂膠后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為100°C，前烘時間為70s ； 步驟十三，出射面曝光采用非接觸式曝光的方法對出射面光刻膠層進行曝光，使得掩膜板上的出射面圖形轉移到光刻膠上；曝光時間為500ms ； 步驟十四，出射面顯影使用顯影液對曝光后的出射面光刻膠進行顯影，顯影時間為60s，顯影溫度為25°C ;顯影后用去離子水反復沖洗； 步驟十五，出射面后烘采用烘箱對出射面顯影后的硅片進行烘烤；烘烤溫度為 120°C，后烘時間為20min ； 步驟十六，出射面離子刻蝕氮化硅掩膜采用反應離子刻蝕工藝(RIE)過刻氮化硅層，生成氮化硅掩膜圖形；刻蝕氣體為三氟甲烷20SCCm，氧氣5SCCm，刻蝕時間為5分鐘； 步驟十七，出射面除膠采用干法去膠的方法，去膠氣體為氧氣，完成預處理。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，其特征在于刻蝕抗反射結構后，還包括去除雙面氮化硅掩膜的步驟。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法,其特征在于去除雙面氮化硅掩膜的方法為采用HF稀溶液浸泡樣片5分鐘，取出用去離子水沖洗干凈，烘箱內烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有雙面抗反射結構的紅外光學窗口的制備方法，屬于紅外光學窗口領域，它通過在紅外光學窗口的入射面和出射面刻蝕抗反射結構來提高透射率。本發(fā)明的方法制備的這種結構可明顯增加紅外窗口的透過率，提高紅外器件的靈敏度，在8～14um波段，雙面拋光硅片的平均透過率在45%左右，而本發(fā)明的紅外光學窗口在此波段范圍內測得的平均透過率達到了65%，提升高達20%，其中最高透過率達到73%。
文檔編號G02B1/11GK102789008SQ20121032564
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權日2012年9月6日
發(fā)明者何少偉, 徐向東, 李偉, 王明星, 胡慶, 陳鵬杰 申請人:電子科技大學