一种旋转刻蚀角度来刻蚀光栅槽型的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光栅槽型刻蚀领域，尤其涉及到一种在离子束刻蚀下，光栅槽型的控 制方法。
【背景技术】
[0002] 特殊槽型的光栅具有广泛的用途。特殊槽型光栅包括正弦光栅、闪耀光栅等等。制 作特殊光栅槽型的传统方法有固定角度的离子束刻蚀、机械刻划和沿Si的晶向湿法刻蚀 等。
[0003] 在传统的干法刻蚀方法中，离子束刻蚀由于刻蚀均匀性好、刻蚀效率高且适用于 大面积加工等优点，其应用最为广泛。对于衍射效率有特殊要求的特殊的槽型结构如正弦 槽、弧形槽和三角形槽，现有的加工方法并不太适合。
[0004] 本发明提出了一种旋转光栅来刻蚀光栅槽型的方法，通过旋转被刻蚀光栅，控制 光栅总的刻蚀层数、光栅有效刻蚀区域和刻蚀时间得到预设槽型。在获取预设槽型、预刻光 栅的初始条件及离子源工作状态等参数后，控制优化光栅总的刻蚀层数，最终得到刻蚀角 和刻蚀时间等参数。该方法对光栅线密度、基底材料无特殊要求，同时也不存在机械刻画导 致的鬼线问题。并且可以根据需求设计具体的槽型，相对与传统方法而言，该方法受约束条 件较少，操作更简单，可以获得最优解并提高了效率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种旋转光栅来刻蚀光栅槽型的方法，来确定最终刻蚀光栅 槽型的加工参数。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种旋转刻蚀角度来刻蚀光栅槽型的 方法，该方法包括如下步骤：
[0007] 步骤1、将设计槽型数据化，即给出槽宽W、槽深Η和槽型S;
[0008] 步骤2、初始化光栅的初始参数，光栅的初始化参数包括光栅的线密度η、光栅初 始胶厚hp、光栅占空比II，要满足设计槽宽W和光栅线密度η、占宽比τι的关系：
[0009] W=η/η,
[0010] 步骤3、分割设计槽型：将设计槽型等分成Ν个等高的台阶部分，每个部分被刻蚀 深度相同均为gt，Ν即刻蚀角个数，考虑到实际刻蚀过程的刻蚀比I，即槽底被刻蚀部分gt 与光刻胶顶部被刻蚀部分gp的比值的倒数；
[0011] 步骤4、确定刻蚀角，步骤3中平均分割线与设计槽型有交点，连接这些交点与光 刻胶顶端边缘依次形成1、2、3、…、i、N等N条边缘的离子束，表示刻蚀的次数是从1到N， 第i次有效刻蚀区域山的表示式如下：
[0012] 山?tanΘi?
[0013] 其中，h表达式如下：
[0014] h；=hp-i(gt-gp),
[0015] 从上述山的表示式和hi表达式中求解出第i次的刻蚀角Θi如下：
[0016]
[0017] 由步骤1、2和3可以确定上述表达式Θ 边参数，即可以求出第i次的刻蚀角
[0018] 步骤5、刻蚀时间的确定：考虑到离子束刻蚀机在整个刻蚀过程中状态稳定，第i 次刻蚀的时间t由下式决定：
[0019] ti= g t/(Er0 · cos Θ J，
[0020] 其中，是与离子束刻蚀机初始条件相关的常数；
[0021] 刻蚀总时间ttotal由下式确定：
[0022]
[0023] 其中，E"由下式决定：
[0024] Eri= E r0 · cos Θ土，
[0025] 步骤6、优化刻蚀参数：刻蚀的最终结果依赖刻蚀角个数N，根据当前设定的刻蚀 角个数N计算刻蚀结果并计算刻蚀结果与预设计槽型的归一化均方根偏差Pn_d，根据需求 设定归一化均方根偏差Pn "^的阈值；
[0026] 步骤7、按照计算出的刻蚀参数进行刻蚀加工；
[0027] 综合上述步骤，可以得到在一定刻蚀角个数N下，每一个刻蚀角度Θi对应的刻蚀 时间L。
[0028] 其中，步骤6中设定归一化均方根偏差阈值Pn"sdt= 5%。
[0029] 其中，步骤6中如果当前刻蚀角度个数N下的归一化均方根偏差大于设定阈值，则 增大刻蚀角度个数，直到刻蚀结果的归一化均方根偏差小于或等于设定阈值，取此时的刻 蚀角个数N为最佳刻蚀角个数。
[0030] 本发明的刻蚀条件和设计、加工的槽型有一定的约束范围，下面给约束。
[0031] 考虑到本发明是借助光刻胶光栅侧壁的遮挡作用，限制在一定刻蚀角度下，槽底 被刻蚀的有效区域，如果附着于光刻胶光栅上的光刻胶被离子束刻蚀完，此时不满足本发 明的刻蚀条件。定义光刻胶光栅上光刻胶的厚度为hp，预刻蚀槽型最大深度为H_，刻蚀比 I为单位时间光刻胶被刻蚀掉厚度与槽底被刻蚀掉厚度之比，满足hΗ_· 1时，刻蚀条 件成立。
[0032] 同样考虑光刻胶光栅侧壁的遮挡作用，给出本发明可以刻蚀槽型的范围如附图2， 本发明可以刻蚀出的槽型范围在边界1到边界2之间，其中边界1是三角形边界，边界2是 矩形边界。附图2中的实线槽型可实现槽型的一个实例。本发明约束的槽型范围是介于边 界1到边界2的任意一凹形槽型。
[0033] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0034] 1.本发明在一定约束下，可以调控光栅槽型，制作特殊槽型的光栅；
[0035] 2.本发明可以有效模拟出刻蚀槽型，根据实际需求来优化加工参数，通过本发明 提供方法的优化，可以获得最优解并提高了效率。
【附图说明】
[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 附图。
[0037]图1为本发明实施例提供的一种旋转光栅来刻蚀光栅槽型的方法的流程图；
[0038]图2为本发明所约束的刻蚀槽型范围示意图；
[0039]图3为本发明实施例提供的刻蚀角和刻蚀有效区域的示意图；
[0040]图4为本发明实施例提供的分割一个具体设计槽型的示意图；
[0041]图5为本发明实施例提供的一种旋转光栅来刻蚀光栅槽型的方法思路示意图；
[0042] 图6为本发明实施例提供的一定初始条件下刻蚀结果及刻蚀角和刻蚀时间的关 系的示意图；其中，图6(a)的点实线是预设槽型，实线是按照本发明提出的方法计算出的 槽型；图6(b)是每个刻蚀角和对应刻蚀时间的关系；
[0043]图7为按照本发明提出的方法中的步骤6来优化刻蚀角度个数；
[0044] 图8为按照表2提供参数的实际刻蚀结果电镜图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明的保护范围。
[0046] 实施例
[0047] 在具体的实施例之前，介绍本方法的思路：依靠在一定刻蚀角下光刻胶的遮挡作 用，使得槽底被刻蚀区域随着刻蚀角度变化而变化，如果在每个特定刻蚀角下控制被刻蚀 的时间，即控制了槽底被刻蚀的深度，就可以得到一定的槽型。
[0048] 给出该方法的一些前提条件，在实际的刻蚀过程中，相关领域人员应当清楚，跟刻 蚀槽型最相关的两个变量是刻蚀角和刻蚀速率。刻蚀角决定了每次被刻蚀槽底的有效刻蚀 区域，而刻蚀速率决定了在一定刻蚀角度、一定刻蚀时间下，被刻蚀槽底的深度。
[0049] -定条件下简化刻蚀速率与刻蚀角的关系：
[0050]Er= Er〇·cos Θ，
[0051]表达式中E1^为刻蚀速率，ΕΛ是与离子束刻蚀机初始条件相关的常数，Θ是刻蚀 角。
[0052] 当离子束以一定的角度轰击到光栅上时，给出相关参数的说明，如图2所示，离子 束与光栅法线的夹角定义为刻蚀角Θ，刻蚀的有