一种光栅掩模与硅片{111}晶面的对准方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光栅掩模制作的微细加工技术领域，尤其设及一种光栅掩模与娃片 {111}晶面的对准方法。
【背景技术】
[0002] 高性能X射线透射光栅在激光惯性约束核聚变（IC巧和天文观测等重要领域有着 刚性需求，其具有高线密度和高衍射效率的特点，要求光栅槽型保持高深宽比W及光滑的 衍射面。各向异性湿法刻蚀是娃基透射光栅制备的重要技术，其中光栅掩模与娃片{111} 晶面的对准精度决定了横向刻蚀的速率和侧壁的粗糖度。对准精度越高，侧壁越光滑，横向 刻蚀速率越小，对于高深宽比的娃光栅，工艺宽容度也越高。
[0003] 目前，光栅掩模与娃片{111}晶面的对准方法通常采用扇形或圆形标志刻蚀出 {111}晶面，再用相应的定位与表征方法与光栅掩模对准。
[0004] MIT空间纳米技术实验室利用扇形标志湿法刻蚀方法结合电子显微镜在<110〉娃 片上定位横向刻蚀宽度最小的矩形条垂直{111}晶面，再通过位置敏感探测器，使干设条 纹与之对准，完成掩模制作。该对准方法，仅适用于复杂的扫描光束干设系统，且由于靠近 垂直{111}晶面的许多矩形条横向刻蚀宽度相近难W分辨，使垂直{111}晶面的定位误差 在0.r左右，占总误差的90%。另一种对准方法是利用扇形标志湿法刻蚀方法定位出 <110〉娃片的垂直{111}晶面，并在娃片上制作出与其平行的参考光栅，在光路中使参考光 栅与干设条纹对准。该方法得到了较高的对准精度，不针对特定系统，较为普适。但依然 采用显微镜寻找横向刻蚀宽度最小的扇形条来定位{111}晶面，人工定位误差占总误差的 75% ;且用了两次光刻完成参考光栅的制作，耗时长，过程繁琐，对准标志占用单晶娃的面 积大，工艺有待优化。 阳0化]利用圆形标志湿法刻蚀出六边形定位{111}晶面的方法也被广泛应用于大周期 的光栅掩模制作中，但受限于圆形标志的尺寸，该方法误差较大在0.2°左右，不适用于高 线密度透射光栅的制作。
[0006] 现有的对准方法中，均是采用S步走的思路，即：第一步-定位晶向，利用圆形或 扇形等标志刻蚀出{111}晶面，再用显微镜等手段寻找代表晶向的线条，并将其定位成垂 直{111}晶面；第二步-表征晶向，利用该线条代表{111}晶面，制作与其平行的参考光栅 或直接扫描跟踪，将{111}晶面表征；第=步-掩模对准，将表征{111}晶面的参考光栅或 单根线条与代表着光栅掩模方向的干设条纹等对准，从而完成光栅掩模与{111}晶面的对 准。上述步骤中，定位晶向是误差的主要来源，占总误差的70%W上，可操作性差，需要利用 显微镜反复寻找比较，费时费力，且精度很难提高。
【发明内容】
[0007] 本发明解决的技术问题在于提供一种超高精度光栅掩模与娃片{111}晶面的对 准方法。
[0008] 有鉴于此，本申请提供了一种光栅掩模与娃片{111}晶面的对准方法，包括W下 步骤：
[0009] A)，在娃片上制作具有光栅衍射特性的多个对准标志图形，各对准标志图形具有 与所述娃片的定位边平行的两长边；
[0010] B)，将步骤A)得到的娃片进行湿法刻蚀，使所述对准标志图形的长边沿着娃片的 {111}晶面截止，得到具有多个第一对准标志图形的娃片；
[0011] C)，定位表征光栅掩模的基准线，采用激光照射所述多个第一对准标志图形的长 边，得到所述多个第一对准标志图形的长边的衍射斑，将所述基准线与所述衍射斑重合。
[0012] 优选的，所述对准标志图形为矩形。
[0013] 优选的，所述矩形的长边为50~1000Jim，宽度为10~50Jim。
[0014] 优选的，所述对准标志图形的数量大于20,总面积小于1mm2。
[0015] 优选的，所述娃片为<110〉娃片或<100〉娃片。
[0016] 优选的，所述湿法刻蚀的时间小于地。
[0017] 优选的，所述湿法刻蚀的刻蚀液为各向异性刻蚀液。
[0018] 本申请提供了一种光栅掩模与娃片{111}晶面对准的方法，其首先是在娃片上 制作一块小面积的具有光栅衍射特性的对准标志图形，随着湿法刻蚀的进行，对准标志图 形的两长边会严格沿着单晶娃的{111}晶面刻蚀截止，直至刻蚀完成，整个对准标志图形 的两长边完全倾斜，并表现出新的光栅衍射特性，利用湿法刻蚀后对准标志图形的衍射特 性，可W直接表征{111}晶面，将对准标志图形的衍射斑与表征掩模光栅掩模方向的定位 标准线对准，从而完成{111}晶面与光栅掩模的高精度对准。该对准方法只需要制作一 次对准标志图形，经过短时间的湿法刻蚀后，无需显微镜观察比较，便可零误差定位{111} 晶面，并利用其衍射特性进行表征。试验结果表明，本申请提供的对准方法对准总误差 《±0. 016。。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明矩形对准标准的示意图；
[0020] 图2为本发明矩形对准标志的湿法刻蚀结构演化示意图；
[0021] 图3为本发明矩形对准标志的制作流程图；
[0022] 图4为本发明矩形对准标志与光栅掩模对准的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，运些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0024] 本发明实施例公开了一种光栅掩模与娃片{111}晶面的对准方法，包括W下步 骤：
[00巧]A)，在娃片上制作具有光栅衍射特性的多个对准标志图形，各对准标志图形具有 与所述娃片的定位边平行的两长边；
[00%]B)，将步骤A)得到的娃片进行湿法刻蚀，使所述对准标志图形的长边沿着娃片的 {111}晶面截止，得到具有多个第一对准标志图形的娃片；
[0027] C)，定位表征光栅掩模的基准线，采用激光照射所述多个第一对准标志图形的长 边，得到所述多个第一对准标志图形的长边的衍射斑，将所述基准线与所述衍射斑重合。
[0028] 本申请提供了一种光栅掩模与娃片{111}晶面对准的方法，其首先是在娃片上制 作一块小面积的具有光栅衍射特性的对准标志图形，随着湿法刻蚀的进行，对准标志图形 的两长边会严格沿着单晶娃的{111}晶面刻蚀截止，直至刻蚀完成，整个对准标志图形的 两长边完全倾斜，并表现出新的光栅衍射特性，利用湿法刻蚀后对准标志图形的衍射特性， 可W直接表征{111}晶面，将对准标志图形的衍射斑与表征掩模光栅掩模方向的定位标准 线对准，从而完成{111}晶面与光栅掩模的高精度对准。该对准方法只需要制作一次对准 标志图形，经过短时间的湿法刻蚀后，无需显微镜观察比较，便可零误差定位{111}晶面， 并利用其衍射特性进行表征，将对准总误差降到最低。
[0029] 本申请是通过表征{111}晶面来实现光栅掩模的制作。在光栅掩模与{111}晶 面对准的过程中，本申请首先在娃片上制作了具有光栅掩模特性的多个对准标志图形，且 单个对准标志图形的两长边与娃片的定位边平行；即本申请制作的对准标志图形类似于矩 形，只是该申请中矩形的短边可W是直线，也可W是曲线，对此本申请没有限制。本申请所 述对准标志图形优选为矩形。
[0030] 如图1所示，图1为本发明矩形对准标志的示意图，其中，1为娃片，2为湿法刻蚀 前的矩形对准标志，3为湿法刻蚀完成后的矩形对准标志，4为实际中的{111}晶面。
[0031] 按照本发明，矩形对准标志的尺寸是综合考虑湿法刻蚀时间、制作倾斜角度W及 对准标志衍射效率优化设计的。设计原则为：（1)横向刻蚀宽度小于单个矩形的宽度；（2) 矩形的长度W及数量保证衍射斑肉眼可见；（3)保证湿法刻蚀时间尽量短。W上原则互相 制约，湿法刻蚀时间优选小于地，单个矩形的长度优选为50~1000微米，宽度优选为10~ 50微米，矩形的总数量大于20 ;对准标志总面积小于Imm2,可W制作在娃片的任意位置，极 大的提高了娃片的有效使用面积。
[0032] 在对准标志图形制作完成后，本申请则将娃片进行湿法刻蚀，使所述对准标志图 形的长边沿着娃片的{111}晶面截止，得到具有多个第一对准标志图形的娃片。本申请所 述湿法刻蚀的刻蚀液优选为各向异性刻蚀液，更优选为50wt%的KOH溶液。本申请对准标 志图形湿法刻蚀结构演化示意图如图2所示，图2中W。为矩形对准标志的宽度，L为矩形 对准标志的长度，W为矩形对准标志的总宽度，0为湿法刻蚀前后矩形条倾斜的角度，yi为 近{111}晶面端的横向刻蚀宽度，y2为远U11}晶面端的横向刻蚀宽度，yw、yit2分别为近 {111}晶面端在时间ti、t2时的横向刻蚀宽度，y2ti、y2t2分别为远U11}晶面端在时间ti、t2 时的横向刻蚀宽度。由图2可知，湿法刻蚀时，单个矩形掩模顶端（交界处）的左右刻蚀宽 度会出现差异。具体的过程为：
[0033] 由各向异性湿法刻蚀的机理可知，近垂直{111}晶面端的横向刻蚀宽度yi等于垂 直{111}晶面的横向刻蚀宽度，表示为：
[0034] Yi=V(111)t； 阳03引远垂直{1山晶面端的横向刻蚀宽度y2表示为：
[0036] Yz二V(目）t，
[0037] 其中，0是矩形条边与垂直{1山晶面的偏差角度。实际制作中，矩形条2与实 际的{1山晶面4的角度偏差0难W避免，V(Ill) <<v(0)，各向异性湿法刻蚀时，矩形 条的边会严格沿着{111}晶面推进刻蚀，随着时间的增加，刻蚀出的{111}晶面不断增长， 直至矩形条范围内{111}晶面完全刻蚀截止。此时，形成了一条与原矩形对准标志2呈0 角度倾斜的新的矩形对准标志3。相应的，矩形对准标志3表现出新的光栅衍射特性。
[0038] 图3为本发明矩形对准标志刻蚀前后的流程图，图中5为湿法刻蚀掩模，6为娃基， 图3a为湿法刻蚀前矩形对准标志的侧视图，图3b为湿法刻蚀完成时矩形对准标志的侧视 图和侧视局剖图，图3c为湿法刻蚀后除去掩模的矩形对准标志的侧视图。
[0039]按照本发明，在得到新的具有光栅特性的对准标志图形后，本申请则进行对准标 志图形表征的{111}晶面与光栅掩模的对准过程，即定位表征光栅掩模的基准线，采用激 光照射所述多个第一对准标志图形的长边，得到所述多个第一对准标志图形的长边的衍射 斑，将所述基准线与所述衍射斑重合。图4为本发明矩形对准标志与光栅掩模对准示意图， 图中7为激光器，8为光栅掩模，9为接收屏，10为表征光栅掩模方向的定位基准线，11为矩 形对准标志3的衍射光斑。
[0040] 在上述过程中，首先定位表征光栅掩模的基准线，光栅掩模的方向即是干设条纹 的方向，首先利用全息光路中的基准元件（平面镜等）或紫外光刻中的掩模版图形定位出 一条表征光栅掩模方向的基准线，具体操作为：