一種旋轉刻蝕角度來刻蝕光柵槽型的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光柵槽型刻蝕領域，尤其涉及到一種在離子束刻蝕下，光柵槽型的控 制方法。
【背景技術】
[0002] 特殊槽型的光柵具有廣泛的用途。特殊槽型光柵包括正弦光柵、閃耀光柵等等。制 作特殊光柵槽型的傳統方法有固定角度的離子束刻蝕、機械刻劃和沿Si的晶向濕法刻蝕 等。
[0003] 在傳統的干法刻蝕方法中，離子束刻蝕由于刻蝕均勻性好、刻蝕效率高且適用于 大面積加工等優點，其應用最為廣泛。對于衍射效率有特殊要求的特殊的槽型結構如正弦 槽、弧形槽和三角形槽，現有的加工方法并不太適合。
[0004] 本發明提出了一種旋轉光柵來刻蝕光柵槽型的方法，通過旋轉被刻蝕光柵，控制 光柵總的刻蝕層數、光柵有效刻蝕區域和刻蝕時間得到預設槽型。在獲取預設槽型、預刻光 柵的初始條件及離子源工作狀態等參數后，控制優化光柵總的刻蝕層數，最終得到刻蝕角 和刻蝕時間等參數。該方法對光柵線密度、基底材料無特殊要求，同時也不存在機械刻畫導 致的鬼線問題。并且可以根據需求設計具體的槽型，相對與傳統方法而言，該方法受約束條 件較少，操作更簡單，可以獲得最優解并提高了效率。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種旋轉光柵來刻蝕光柵槽型的方法，來確定最終刻蝕光柵 槽型的加工參數。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種旋轉刻蝕角度來刻蝕光柵槽型的 方法，該方法包括如下步驟：
[0007] 步驟1、將設計槽型數據化，即給出槽寬W、槽深Η和槽型S;
[0008] 步驟2、初始化光柵的初始參數，光柵的初始化參數包括光柵的線密度η、光柵初 始膠厚hp、光柵占空比II，要滿足設計槽寬W和光柵線密度η、占寬比τι的關系：
[0009] W=η/η,
[0010] 步驟3、分割設計槽型：將設計槽型等分成Ν個等高的臺階部分，每個部分被刻蝕 深度相同均為gt，Ν即刻蝕角個數，考慮到實際刻蝕過程的刻蝕比I，即槽底被刻蝕部分gt 與光刻膠頂部被刻蝕部分gp的比值的倒數；
[0011] 步驟4、確定刻蝕角，步驟3中平均分割線與設計槽型有交點，連接這些交點與光 刻膠頂端邊緣依次形成1、2、3、…、i、N等N條邊緣的離子束，表示刻蝕的次數是從1到N， 第i次有效刻蝕區域山的表示式如下：
[0012] 山?tanΘi?
[0013] 其中，h表達式如下：
[0014] h；=hp-i(gt-gp),
[0015] 從上述山的表示式和hi表達式中求解出第i次的刻蝕角Θi如下：
[0016]
[0017] 由步驟1、2和3可以確定上述表達式Θ 邊參數，即可以求出第i次的刻蝕角
[0018] 步驟5、刻蝕時間的確定：考慮到離子束刻蝕機在整個刻蝕過程中狀態穩定，第i 次刻蝕的時間t由下式決定：
[0019] ti= g t/(Er0 · cos Θ J，
[0020] 其中，是與離子束刻蝕機初始條件相關的常數；
[0021] 刻蝕總時間ttotal由下式確定：
[0022]
[0023] 其中，E"由下式決定：
[0024] Eri= E r0 · cos Θ土，
[0025] 步驟6、優化刻蝕參數：刻蝕的最終結果依賴刻蝕角個數N，根據當前設定的刻蝕 角個數N計算刻蝕結果并計算刻蝕結果與預設計槽型的歸一化均方根偏差Pn_d，根據需求 設定歸一化均方根偏差Pn "^的閾值；
[0026] 步驟7、按照計算出的刻蝕參數進行刻蝕加工；
[0027] 綜合上述步驟，可以得到在一定刻蝕角個數N下，每一個刻蝕角度Θi對應的刻蝕 時間L。
[0028] 其中，步驟6中設定歸一化均方根偏差閾值Pn"sdt= 5%。
[0029] 其中，步驟6中如果當前刻蝕角度個數N下的歸一化均方根偏差大于設定閾值，則 增大刻蝕角度個數，直到刻蝕結果的歸一化均方根偏差小于或等于設定閾值，取此時的刻 蝕角個數N為最佳刻蝕角個數。
[0030] 本發明的刻蝕條件和設計、加工的槽型有一定的約束范圍，下面給約束。
[0031] 考慮到本發明是借助光刻膠光柵側壁的遮擋作用，限制在一定刻蝕角度下，槽底 被刻蝕的有效區域，如果附著于光刻膠光柵上的光刻膠被離子束刻蝕完，此時不滿足本發 明的刻蝕條件。定義光刻膠光柵上光刻膠的厚度為hp，預刻蝕槽型最大深度為H_，刻蝕比 I為單位時間光刻膠被刻蝕掉厚度與槽底被刻蝕掉厚度之比，滿足hΗ_· 1時，刻蝕條 件成立。
[0032] 同樣考慮光刻膠光柵側壁的遮擋作用，給出本發明可以刻蝕槽型的范圍如附圖2， 本發明可以刻蝕出的槽型范圍在邊界1到邊界2之間，其中邊界1是三角形邊界，邊界2是 矩形邊界。附圖2中的實線槽型可實現槽型的一個實例。本發明約束的槽型范圍是介于邊 界1到邊界2的任意一凹形槽型。
[0033] 本發明與現有技術相比的優點在于：
[0034] 1.本發明在一定約束下，可以調控光柵槽型，制作特殊槽型的光柵；
[0035] 2.本發明可以有效模擬出刻蝕槽型，根據實際需求來優化加工參數，通過本發明 提供方法的優化，可以獲得最優解并提高了效率。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本 領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 附圖。
[0037]圖1為本發明實施例提供的一種旋轉光柵來刻蝕光柵槽型的方法的流程圖；
[0038]圖2為本發明所約束的刻蝕槽型范圍示意圖；
[0039]圖3為本發明實施例提供的刻蝕角和刻蝕有效區域的示意圖；
[0040]圖4為本發明實施例提供的分割一個具體設計槽型的示意圖；
[0041]圖5為本發明實施例提供的一種旋轉光柵來刻蝕光柵槽型的方法思路示意圖；
[0042] 圖6為本發明實施例提供的一定初始條件下刻蝕結果及刻蝕角和刻蝕時間的關 系的示意圖；其中，圖6(a)的點實線是預設槽型，實線是按照本發明提出的方法計算出的 槽型；圖6(b)是每個刻蝕角和對應刻蝕時間的關系；
[0043]圖7為按照本發明提出的方法中的步驟6來優化刻蝕角度個數；
[0044] 圖8為按照表2提供參數的實際刻蝕結果電鏡圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本 發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發明的保護范圍。
[0046] 實施例
[0047] 在具體的實施例之前，介紹本方法的思路：依靠在一定刻蝕角下光刻膠的遮擋作 用，使得槽底被刻蝕區域隨著刻蝕角度變化而變化，如果在每個特定刻蝕角下控制被刻蝕 的時間，即控制了槽底被刻蝕的深度，就可以得到一定的槽型。
[0048] 給出該方法的一些前提條件，在實際的刻蝕過程中，相關領域人員應當清楚，跟刻 蝕槽型最相關的兩個變量是刻蝕角和刻蝕速率。刻蝕角決定了每次被刻蝕槽底的有效刻蝕 區域，而刻蝕速率決定了在一定刻蝕角度、一定刻蝕時間下，被刻蝕槽底的深度。
[0049] -定條件下簡化刻蝕速率與刻蝕角的關系：
[0050]Er= Er〇·cos Θ，
[0051]表達式中E1^為刻蝕速率，ΕΛ是與離子束刻蝕機初始條件相關的常數，Θ是刻蝕 角。
[0052] 當離子束以一定的角度轟擊到光柵上時，給出相關參數的說明，如圖2所示，離子 束與光柵法線的夾角定義為刻蝕角Θ，刻蝕的有