CN115524774A - 一种加工sio2闪耀光栅的方法 - Google Patents

一种加工sio2闪耀光栅的方法 Download PDF

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蒋中原
车东晨
李佳鹤
彭泰彦
许开东
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Abstract

本发明的一种加工SIO2闪耀光栅的方法，包括如下步骤：步骤1，构建闪耀角、离子束入射角、SIO2对光刻胶的选择比模型；步骤2，将待加工样品传输至反应离子束刻蚀机，使wafer表面法线与离子束呈0‑90度角度；步骤3，放电腔室中通入混合气体，所述混合气体包括CHF3和O2，其中O2等离子体可以快速的将侧壁的保护层消耗掉；步骤4，等离子体经栅网引出中和，与待刻蚀样品发生物理轰击和化学反应。本发明实施例的加工SIO2闪耀光栅的方法降低了光刻胶掩模的膜层厚度，从而降低了闪耀光栅的加工难度。

Description

一种加工SIO2闪耀光栅的方法
技术领域
本发明属于离子束刻蚀技术领域，尤其涉及一种加工SIO2闪耀光栅的方法。
背景技术
闪耀光栅是一种能将单个刻槽面衍射的中央极大和诸槽面间干涉零级主极大分开的相位光栅型。由于它具有零级分光和易满足缺级的特性，衍射效率很高；根据二元光学元件理论计算，当光栅一个周期内台阶的数目为8时，在衍射的+1级次，其衍射效率可以到达95％。现在，闪耀光栅在测量、显示、通信、激光束整形等领域已经得到广泛应用。
传统的衍射光栅制作方法有机械刻划、全息光刻和压模复制三种，它们制作的光栅分别称为刻划光栅、全息光栅和复制光栅。上述三种光栅制作工艺各有其优缺点。例如，全息光栅的刻槽是利用干涉现象同时产生的，刻划光栅的刻槽是先后刻划产生的，后者存在周期性和随机性位移误差，导致“鬼线”(伪谱线)产生；由于刻刀刀刃微观豁口的存在，其杂散光较全息光栅强；刻划光栅刻槽的轮廓为三角形或梯形，而全息光栅刻槽的轮廓为正弦形或近似正弦形；刻划光栅提供了更大范围的线密度，几十线/mm-6000线/mm，而全息光栅记录对于100线/mm以下的光学系统变得不方便，其线密度的上限对用可见光记录的线密度为3600线/mm；全息光栅的制作周期较刻划光栅短得多。压模复制的最大优点是使用同一块母光栅可以大批量生产出光栅参数相同的复制光栅，所以复制光栅的成本低。
反应离子束刻蚀技术是70年代发展起来的一种干法刻蚀工艺，已广泛进入现代微电子器件制造工艺流程中，应用于超精细高保真度的图形转移。全息离子束刻蚀衍射光栅就是先用全息光刻制作出光栅掩模，然后通过离子束刻蚀将其转移到光栅基片材料中，它集中了机械刻划光栅的高效率和全息光栅的无鬼线、低杂散光、高信噪比的优点。并且这种技术具有槽形倾角可控，刻蚀速率快，选择性好，表面损伤小等优点，是有广泛应用前景的微细加工技术现已被用来制作全息闪耀光栅。
目前加工SIO2型闪耀光栅常用的工质气体是CF4，但是其刻蚀光刻胶和SIO2的速率相接近，选择比接近1：1，如果加工较深的闪耀光栅就需要将光刻胶尽可能做的比较厚，但这样会增加加工难度；另外会限制闪耀光栅的图形设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种加工SIO2闪耀光栅的方法，本发明降低了光刻胶掩模的膜层厚度，从而降低了闪耀光栅的加工难度。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种加工SIO2闪耀光栅的方法，包括如下步骤：
步骤1，构建闪耀角、离子束入射角、SIO2对光刻胶的选择比模型：
Figure BDA0003133877160000021
式中β为闪耀角，
Figure BDA0003133877160000022
勾离子束入射角，νsio2为SIO2刻蚀速率，vpr为光刻胶刻蚀速率；
步骤2，将待加工样品传输至反应离子束刻蚀机，使wafer表面法线与离子束呈0-90度角度；
步骤3，放电腔室中通入混合气体，所述混合气体包括CHF3和O2，其中O2等离子体可以快速的将侧壁的保护层消耗掉；
步骤4，等离子体经栅网引出中和，与待刻蚀样品发生物理轰击和化学反应。
进一步的，所述混合气体中CHF3所占的比例范围为0～100％，O2所占的比例范围为0～100％。
进一步的，所述混合气体还包括氟基或氯基或惰性气体或其任意组合的混合物。
进一步的，所述待加工样品为SiO2或石英或Si或其任意组合的混合物。
进一步的，所述掩模包括光刻胶，但不限于光刻胶PR。
进一步的，所述样品的占空比pitch-cd/pitch所处范围从0～100％。
进一步的，所述样品的掩模高宽比≥0。
进一步的，步骤1中，反应离子束刻蚀机的工质气体采用CH3和O2的混合气体。
进一步的，所述SiO2对掩模的选择比≥0。
进一步的，所述样品的掩模形状包括线条和圆柱。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、选用CHF3和O2的混合气体可以提高SIO2对光刻胶的选择比，进而降低了光刻胶掩模的膜层厚度，从而降低了闪耀光栅的加工难度；
2、通过调节CHF3和O2的气体比例，可以间接调节SIO2对光刻胶的选择比，进而可以得到不同闪耀角的闪耀光栅，节省了人力物力，提高了经济效益；
3、选用CHF3和O2的混合气体可以使闪耀图形不会变形，确保了器件的性能。
附图说明
图1为本发明加工过程示意图；
图2为本发明加工完成后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1和2所示，本发明的目的在于提供一种可以大规模生产加工SIO2型闪耀光栅的方法。
步骤1，本发明中反应离子束刻蚀机使用的工质气体为CHF3和O2混合气体。CHF3等离子体刻蚀光刻胶速率较慢，刻蚀SIO2速率较快，SIO2对光刻胶掩模的选择比高。O2等离子体，只对光刻胶掩模有刻蚀作用，调节工质气体CHF3/O2的比例可以对光刻胶掩模形成不同的选择比，例如当混合气体中只有CHF3时，SIO2对光刻胶的选择比大约为8；当混合气体只有O2时，SIO2对光刻胶的选择比大约为0；所以SIO2对光刻胶的选择比在0～8之间。闪耀光栅中有一个重要的参数是闪耀角，闪耀角与离子束入射角和SIO2对光刻胶的选择比有关，三者之间的关系如下：
Figure BDA0003133877160000041
式中β为闪耀角，
Figure BDA0003133877160000042
为离子束入射角，vsio2为SIO2刻蚀速率，vpr为光刻胶刻蚀速率。当离子束入射角不变时，调节选择比就可以得到不同闪耀角的闪耀光栅。加工闪耀光栅时，等离子体会与光刻胶掩模和SIO2都起反应，当掩模消耗完时就会形成一个闪耀图形；当加工一样深度的闪耀图形时，如果使用传统的CF4作为刻蚀气体，SIO2对光刻胶选择比低，会比CHF3/O2混合气体作为刻蚀气体所使用的掩模厚度要厚，增加了掩模的加工难度。一般刻蚀闪耀光栅时不会使用100％的CHF3，因为CHF3会将一部分的光刻胶打到侧壁，对侧壁形成一层保护，可能会使得闪耀光栅的图形改变，影响其性能。
步骤2，将待加工样品传输至反应离子束刻蚀机，使wafer表面法线与离子束呈0-90度角度；
步骤3，放电腔室中通入混合气体，所述混合气体包括CHF3和O2，其中O2等离子体可以快速的将侧壁的保护层消耗掉；
步骤4，等离子体经栅网引出中和，与待刻蚀样品发生物理轰击和化学反应。
进一步的，所述混合气体还包括氟基或氯基或惰性气体或其任意组合的混合物。
进一步的，所述待加工样品为SiO2或石英或Si或其任意组合的混合物。
进一步的，所述掩模包括光刻胶，但不限于光刻胶PR。
进一步的，所述样品的占空比pitch-cd/pitch所处范围从0～100％。
进一步的，所述样品的掩模高宽比≥0。
进一步的，步骤1中，反应离子束刻蚀机的工质气体采用CH3和O2的混合气体。
进一步的，所述SiO2对掩模的选择比≥0。
进一步的，所述样品的掩模形状包括线条和圆柱。
上述介绍的CHF3/O2混合气体，CHF3所占的比例可以从0～100％，O2所占的比例可以从0～100％。
上述介绍的CHF3/O2混合气体，包括但不限于CHF3/O2，可以是CHF3/O2与氟基或氯基或惰性气体的混合物，例如CHF3/CF4，例如CHF3/Ar/O2，例如CHF3/Ar等等。CHF3和O2在混合气体中所占的比例可以从0～100％。
上述介绍的形成闪耀光栅的基体包括但不限于SIO2，包括石英和Si。
上述介绍的掩模(hard mask)包括但不限于光刻胶(PR)，还包括hardmask。
上述介绍的掩模主要起遮挡的作用，可以保护掩模下方的膜层不被刻蚀。
实施例一
(1)光刻胶厚度为80nm，CD 100nm(关键尺寸)，pitch 200nm(光反应波长)；
(2)将上述wafer传输至离子束刻蚀腔；
(3)调整角度使离子束与wafer表面法线夹角为30°；
(4)离子束反应腔室通入CHF3(90％)/O2(10％)，放电启辉引出离子束；
(5)打开挡板使离子束可以作用于wafer；
(6)刻蚀1min；
(7)可以得到闪耀角为45°，高度100nm，周期200nm的闪耀光栅。
实施例二
(1)光刻胶厚度为80nm，CD 100nm，pitch 200nm；
(2)将上述wafer传输至离子束刻蚀腔；
(3)调整角度使离子束与wafer表面法线夹角为30°；
(4)离子束反应腔室通入CHF3(80％)/O2(20％)，放电启辉引出离子束；
(5)打开挡板使离子束可以作用于wafer；
(6)刻蚀50s，可以得到闪耀角为30°，高度70nm，周期200nm的闪耀光栅。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，构建闪耀角、离子束入射角、SIO2对光刻胶的选择比模型：
Figure FDA0003133877150000011
式中β为闪耀角，
Figure FDA0003133877150000012
为离子束入射角，νsio2为SIO2刻蚀速率，νpr为光刻胶刻蚀速率；
步骤2，将待加工样品传输至反应离子束刻蚀机，使wafer表面法线与离子束呈0-90度角度；
步骤3，放电腔室中通入混合气体，所述混合气体包括CHF3和O2，其中O2等离子体可以快速的将侧壁的保护层消耗掉；
步骤4，等离子体经栅网引出中和，与待刻蚀样品发生物理轰击和化学反应。
2.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述混合气体中CHF3所占的比例范围为0～100％，O2所占的比例范围为0～100％。
3.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述混合气体还包括氟基或氯基或惰性气体或其任意组合的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述待加工样品为SiO2或石英或Si或其任意组合的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述掩模包括光刻胶，但不限于光刻胶PR。
6.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述样品的占空比pitch-cd/pitch所处范围从0～100％。
7.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述样品的掩模高宽比≥0。
8.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：步骤1中，反应离子束刻蚀机的工质气体采用CH3和O2的混合气体。
9.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述SiO2对掩模的选择比≥0。
10.根据权利要求1所述的一种加工SiO2闪耀光栅的方法，其特征在于：所述样品的掩模形状包括线条和圆柱。
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