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介质膜光栅:光刻胶掩模占宽比和离子束刻蚀槽深的监控

林华  
【摘要】: 由于缺乏有效的实时监控手段,光栅的制作往往需要经过大量的实验摸索来确定工艺参数,因此高质量的光栅制作对人员的经验要求很高。本课题以减少光栅制作中的经验性和盲目性,增加定量性和科学性为目的,采用理论与实验相比对的方法,研究高衍射效率介质膜光栅的制作工艺。因为影响多层介质膜光栅的衍射效率的参量主要是占宽比(线宽与周期之比)和槽深,而决定占宽比和槽深的工艺过程分别是显影和离子束刻蚀,所以本文主要研究如何在这两个阶段实现对光刻胶掩模光栅占宽比和离子束刻蚀光栅槽深的有效控制。 提出了一种实时控制介质膜光栅光刻胶掩模占宽比的新方法。该方法基于在媒质中具有较强隐失场的泄漏模的等效折射率受多层介质膜光栅基片上的光刻胶掩模的占宽比变化影响较大的原理,根据导波耦合角度和占宽比之间的关系预设入射光角度,在显影时实时监测衍射光强,并在反常现象出现时及时停止显影,从而获得理想的光栅占宽比。实验结果表明,固定适当的入射角度可以得到特定的占宽比;改变入射角度,占宽比按照预计的规律变化,从而定性地验证了这种占宽比控制方法的可行性。文中详细介绍了监控装置和实验方法,并讨论了误差来源和影响。 通过对离子束刻蚀介质膜光栅槽形演变的基本规律的研究,提出了一种新型的离子束刻蚀实时监测技术,实现了对介质膜光栅的离子束刻蚀终点的判断。在该系统中,由于入射监测光的波长和偏振状态以及监测级次与光栅工作条件相同,入射光和衍射光共用一套光路,使得监测装置十分简单。另外,在此光路基础上,只需在真空腔外增加几个光学元件,就可以进行基频光和二倍频光的同时监测,所以具有良好的可扩展性。 研究了在不同的光刻胶和氧化铪的刻蚀速率比条件下,衍射效率的变化情况,仿真模拟曲线和实验监测曲线的主要特征吻合得很好。因此,通过实时监测,对照仿真模拟曲线,就可以判断刻蚀深度和光刻胶消失的时刻,从而大大缩短了对实验参数的摸索过程。文中还提出了通过改变离子束流清除溅射沉积的方法,并通过实验验证了其可行性。利用所提出的实时监测技术,获得了衍射效率高于94%的光栅,并可以重复地制作出衍射效率高于90%的光栅。


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