[發明專利]連續浮雕結構微光學元件干法刻蝕圖形傳遞誤差補償方法

有效

• 申請號: 200910071492.2
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101487907A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 金鵬;劉婷婷;劉楠;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B3/08;G03F7/00
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技術領域

本發明屬于微光學元件制造誤差補償方法，主要涉及一種基于仿真和幾何形貌迭代的高精度連續浮雕結構干法刻蝕圖形傳遞誤差補償加工方法

背景技術

微光學的發展使光學系統產生深刻的變革。超精細結構衍射光學元件是實現光學系統微型化、陣列化、集成化的重要組成部分。此類衍射光學元件加工是微光學的關鍵技術之一。

制造連續浮雕的微光學器件，目前的主要方法是直寫技術，包括激光直寫和電子束直寫。經過曝光、顯影后，通過干法刻蝕技術將光刻膠上的圖形轉移到石英或單晶硅等光學材料上。

然而由于加工誤差的影響，加工結果相比于理想形貌會產生失真。很難加工出預期的垂直側壁和尖角，如閃耀光柵和菲涅爾透鏡的垂直側壁。加工出的典型結果在尖角處往往是圓弧形的結構，并且垂直側壁為一斜面。垂直側壁的加工誤差用斜坡的寬度ε(又稱死區)來描述，ε與環帶寬度Λ的比值的大小直接影響光學元件的衍射效率。這種形貌失真主要來源于激光直寫中的卷積效應和干法刻蝕中的角度依賴性兩方面。刻蝕過程中的角度依賴性指的是刻蝕速率隨著離子的速度方向與被刻蝕面夾角的變化而變化。離子濺射產額隨離子束入射角的增大而增加，在入射角為0°～90°之間達到最大值，尤其對于三維連續浮雕結構，入射角變化范圍大刻蝕速率分布不均，在入射角突變處的形貌會被先磨平

瑞士保羅謝勒研究所(Paul?Scherrer?Institute)的Thomas?Hessler等人在1997年提出一種單像素優化(individual?pixel?optimization)的方法。該方法利用誤差迭代，將仿真和理想形貌的誤差不斷迭代到結果中，得到修正后的曝光數據。這種方法可以減小斜坡區域(死區)的寬度，從而提高衍射效率(Thomas?Hessler，etal.Analysis?and?optimization?of?fabrication?of?continuous-relief?diffractive?opticalelements.Applied?Optics.1998，37：4069-4079)。大阪府立大學的Yoshihiko?Hirai等人也利用優化曝光劑量提高了微光學元件的加工精度(Yoshihiko?Hirai，et?al.Imprint?lithography?for?curved?cross-sectional?structure?using?replicated?Ni?mold?J.Vac.Sci.Technol.B?2002，20(6)：2867-2871)。然而上述技術都是通過調節激光直寫中的曝光劑量來減小圓角和死區誤差，該方法只對激光直寫卷積效應進行了補償，得到相對理想的激光直寫后的抗蝕劑形貌，而忽略了干法刻蝕過程對于圖形傳遞的影響，最終影響加工結果的精度。

埃朗根-紐倫堡大學Martin?Eisner等人于1996年通過反應離子刻蝕技術將光刻膠上的連續浮雕微透鏡結構傳遞到硅上。作者通過調節反應離子刻蝕中氣體流量，反應腔內氣壓和極板放電功率來調節刻蝕速率，成功地復制了三維的微透鏡結構(Martin?Eisner，et?al.Transferring?resist?microlenses?into?silicon?by?reactiveion?etching.Optical?Engineering?1996，35(10)：2979-2982)。然而這種方法只能通過調整工藝參數的方法減少干法刻蝕過程中的圖形傳遞誤差，不能從根本上補償圖形傳遞誤差。同時還需要通過大量的實驗摸索工藝參數，不具有普適性，且成本較高。

發明內容

本發明目的在于針對上述已有技術存在的問題，提出一種連續浮雕結構微光學元件干法刻蝕圖形傳遞誤差補償方法，以補償在干法刻蝕工藝中角度依賴性對圖形傳遞的保真度造成的影響，降低刻蝕過程中微光學器件形貌的失真及側壁傾斜等圖形傳遞誤差，提高光學元件的衍射效率。