[發(fā)明專利]光柵離子束刻蝕的光學(xué)在線檢測裝置及檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710020220.0
• 申請日: 2007-03-06
• 公開（公告）號: CN101261449A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉穎;徐向東;洪義麟;徐德權(quán);付紹軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B5/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳進(jìn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衍射光學(xué)、微細(xì)制作等科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種研制衍射光柵的掃描離子束刻蝕的在線光學(xué)掃描檢測裝置與方法。

背景技術(shù)

離子束刻蝕技術(shù)在衍射光柵、二元光學(xué)元件、微結(jié)構(gòu)制作等方面發(fā)揮了重要作用。目前很多離子束刻蝕工藝還是通過刻蝕時間來控制材料的刻蝕深度，這樣控制刻蝕時間的前提是材料的刻蝕速率在不同的刻蝕實(shí)驗中接近常數(shù)。但是，由于材料的離子束刻蝕過程復(fù)雜，很多不確定因素都會影響材料的刻蝕特性，使得實(shí)際的刻蝕速率不穩(wěn)定。如果只是簡單地由刻蝕時間來控制刻蝕深度，不可能根據(jù)實(shí)際刻蝕條件的變化動態(tài)、實(shí)時地調(diào)整刻蝕時間來控制刻蝕深度。而對于衍射光柵而言，納米量級的刻蝕深度誤差有可能嚴(yán)重地影響元件的衍射特性。因此，衍射光柵離子束刻蝕過程的在線、實(shí)時監(jiān)測十分必要。

衍射光柵的離子束刻蝕過程中，隨著刻蝕時間的增加，光柵的刻蝕深度增加，相應(yīng)光柵的衍射效率(衍射光強(qiáng)度)也隨之改變。已公開文獻(xiàn)中的監(jiān)測方法一般是通過監(jiān)測光柵上某一確定位置衍射強(qiáng)度隨刻蝕時間增加而產(chǎn)生的變化確定光柵離子束刻蝕截止時間。例如2005年中國光學(xué)快報3(2)期pp.63-65所報道的“多層介質(zhì)膜光柵離子束刻蝕的實(shí)時終點(diǎn)監(jiān)測”(In-Situ?end-point?detection?during?ion-beam?etching?ofmultilayer?dielectric?gratings，Hua?Lin，Lifeng?Li?and?Lijiang?Zeng，Chin.Opt.Lett.2005，3(2)，pp.63-65)文獻(xiàn)等。這種監(jiān)測方法可行的前提是監(jiān)測點(diǎn)光柵衍射效率(衍射光強(qiáng)度)的變化趨勢和幅度與其它區(qū)域光柵衍射效率(衍射光強(qiáng)度)的變化趨勢和幅度完全同步、一致。

事實(shí)上，以全息-離子束刻蝕光柵為例，由于光刻膠厚度的均勻性、全息曝光均勻性等因素，使得離子束刻蝕所用掩模-初始光刻膠光柵的槽形在光柵上不完全一致，導(dǎo)致光柵面積上不同位置的初始光刻膠光柵的衍射效率不同，離子束刻蝕過程中，不同位置的光柵衍射效率隨時間的變化趨勢和幅度也不相同。因此，上述方法只能通過實(shí)時監(jiān)測光柵某一固定位置上衍射強(qiáng)度隨刻蝕時間變化的特征點(diǎn)來確定最佳刻蝕終點(diǎn)，由此確定的最佳刻蝕終點(diǎn)，只對應(yīng)光柵衍射強(qiáng)度監(jiān)測點(diǎn)處的最佳刻蝕終點(diǎn)。由于未考慮光柵衍射強(qiáng)度的空間分布在刻蝕過程中的變化，對光柵整體而言，往往不是最佳的離子束刻蝕終點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種采用掃描離子束刻蝕與光學(xué)在線檢測裝置及掃描檢測方法，通過在線檢測光柵衍射強(qiáng)度一維空間分布隨刻蝕時間的變化，解決精確控制光柵刻蝕時間終點(diǎn)的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

本發(fā)明所述光柵離子束刻蝕的光學(xué)在線檢測裝置，包括放置待刻蝕光柵的離子束刻蝕工作臺，該工作臺能在+x和-x方向移動，它的法線與刻蝕機(jī)窗口的法線平行，其特征在于，該裝置還包括一光學(xué)平面反射鏡、激光器、光電探測器、數(shù)字電壓表和計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中，光學(xué)平面反射鏡置于離子束刻蝕系統(tǒng)的真空室內(nèi)，并由一可轉(zhuǎn)動支架支撐，使其鏡面與離子束刻蝕工作臺的工作平面的夾角能在0□90°內(nèi)調(diào)節(jié)，從該反射鏡中心到工作臺的距離與到刻蝕機(jī)窗口的距離相近或相等；所述激光器、光電探測器、數(shù)字電壓表和計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)置于離子束刻蝕系統(tǒng)的真空室外，其中激光器和光電探測器在刻蝕機(jī)窗口近處，并且激光器所在位置，能保證激光入射光束經(jīng)反射鏡后，以待刻蝕光柵的自準(zhǔn)直角附近入射到待刻蝕光柵表面，再經(jīng)待刻蝕光柵衍射沿著與入射光的反方向原路返回到反射鏡，并通過刻蝕機(jī)窗口，被置于該衍射方向上的光電探測器接收，以采集待刻蝕光柵不同位置上的一維衍射強(qiáng)度分布信息；光電探測器靠近激光器，置于衍射光與入射光偏離角度在0□5°的范圍內(nèi)，以保證探測器光敏面可接收到全部衍射光，光電探測器將接收到的光信號，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、放大后由光電探測器的兩個輸出端連接至數(shù)字電壓表的兩輸入端，該數(shù)字電壓表再將此模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，進(jìn)行輸出顯示和存儲；所述激光器的波長與待刻蝕光柵的工作波長相同或相近。

本發(fā)明所述光柵離子束刻蝕的光學(xué)在線檢測方法，使用上述光柵離子束刻蝕的光學(xué)在線檢測裝置，其特征在于，檢測步驟為：

1.首先根據(jù)待刻蝕光柵的工作波長選擇合適的激光器，然后調(diào)整待刻蝕光柵在線檢測光路，使光電探測器上能直接得到待刻蝕光柵的衍射強(qiáng)度信息：