取样光栅的刻蚀深度空间分布微调方法

发布时间：2017-05-29 20:05

  本文关键词：取样光栅的刻蚀深度空间分布微调方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究工作主要可概括为两个部分：其一,刻蚀深度分布微调方法的理论研究和实验验证；其二,变束斑离子束修形方法的理论研究和模拟分析。论文的重要研究结果和创新之处包括：一、针对大尺寸取样光栅的衍射效率均匀性问题,我们提出了一种新的初步解决方案,既能提高衍射效率均匀性又可保证较高的生产效率。美国劳伦斯利弗莫尔的研究者采用类似于离子束修形的扫描湿法刻蚀方法；中国国家同步辐射实验室的研究组则对刻蚀后的光栅进行化学机械抛光以修正其衍射效率均匀性。这两种方法能有效地提高衍射效率均匀性,但是它们的生产效率都不高。我们的方案是：在大面积扫描离子束刻蚀过程中,使用动态叶片对条形离子束流进行扫描遮挡,从而使光栅槽深空间分布发生微弱变化以修正衍射效率空间分布的均匀性。对比现有的两种方法,可以看出,如何实现刻蚀深度分布微调是关键问题,也是我们的主要创新之处。大面积扫描离子束刻蚀具备很高的生产效率,而该方案中只是在刻蚀过程中引入了动态叶片以微调刻蚀深度,因此该方案的生产效率也是很高的。二、从理论上,就刻槽深度和占宽比对衍射效率均匀性的影响进行了量化分析,确定了取样光栅的刻槽深度和占宽比的工艺容差范围。这种容差分析方法是实现光栅制作工艺宽容度量化的实用手段。不同于以往的单变量分析方法,它通过多变量误差条来同时限定各个参数的容差范围,从而,将光栅制作过程抽象为多变量动态规划问题。论文中给出了以衍射效率均匀性为目标的双变量(刻槽深度和占宽比)容差分析,结果表明,占宽比的测量精度不低于±0.01、刻蚀深度的控制精度不低于±0.2nm时,可以达到衍射效率均匀性RMS不大于5%的目标。三、提出了刻蚀深度分布微调方法。搭建了刻蚀深度分布微调系统,用于开展实验验证工作；推导了刻蚀深度分布微调算法,用于模拟刻蚀深度分布微调过程和优化微调系统的电机运动轨迹。在原有大面积扫描离子束刻蚀系统的基础上,我们开发了一个驱动动态叶片的简易机械装置即FAC微调组件,通过动态叶片的扫描遮挡从而实现覆盖整个光栅基片的刻蚀深度分布微调。另外,我们引入了一些新的概念来描述刻蚀深度分布微调过程,并对微调过程进行建模分析和模拟计算；其中,遮挡时间和遮挡率、离子束刻蚀过程的时空分析、S形曲线转换关系等都是突破性的想法。四、提出了变束斑离子束修形方法。将刻蚀深度分布微调算法推广到精密光学加工领域,并建立了以积分刻蚀时间为核心概念的求解方法。相对于传统的离子束修形方法,变束斑离子束修形有诸多优点,例如,可更好地适应于不同空间频率面形误差的去除、修形过程更稳定可靠、刻蚀时间求解更精确等。这种变束斑光学加工的思想有望进一步推广到其他先进光学加工领域。
【关键词】：刻蚀深度分布 取样光栅 衍射效率均匀性 扫描离子束刻蚀 遮挡时间 优化算法 离子束修形 积分刻蚀时间 变束斑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 绪论17-21
• 第二章 提高取样光栅衍射效率均匀性的初步方案21-29
• 2.1 大尺寸取样光栅的简要介绍21-22
• 2.2 衍射效率均匀性问题浅析22-23
• 2.3 提高取样光栅衍射效率均匀性的初步方案23-25
• 2.3.1 刻槽深度和占宽比对衍射效率均匀性的影响24-25
• 2.4 初步方案的技术可行性分析25-28
• 2.4.1 刻槽深度和占宽比的工艺容差分析25-26
• 2.4.2 离子束束流密度空间分布的时间稳定性26-27
• 2.4.3 取样光栅占宽比的测量方法27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 大尺寸取样光栅的刻蚀深度分布微调29-47
• 3.1 刻蚀深度分布微调系统29-35
• 3.1.1 主要装置29-31
• 3.1.2 工作原理31-34
• 3.1.3 控制系统34-35
• 3.2 刻蚀深度分布微调算法35-42
• 3.2.1 遮挡时间和遮挡率的基本概念36-37
• 3.2.2 叶片阴影扫描路径规划37-39
• 3.2.3 电机运行轨迹优化39-42
• 3.3 模拟结果与讨论42-43
• 3.4 本章小结43-47
• 第四章 刻蚀深度分布微调方法的实验验证47-59
• 4.1 验证实验设计47-48
• 4.1.1 实验条件47-48
• 4.2 实验结果与讨论分析Ⅰ48-53
• 4.2.1 叶片旋转角度与遮挡率分布曲线的关系49-52
• 4.2.2 条形准直光阑的孔径宽度与刻蚀速率分布曲线的关系52-53
• 4.3 刻蚀深度分布微调算法的修正53-54
• 4.3.1 遮挡时间计算过程的修正53
• 4.3.2 扫描路径拼接过程的修正53-54
• 4.4 实验结果与讨论Ⅱ54-57
• 4.4.1 考虑叶片边缘散射的一维刻蚀深度分布验证实验54-55
• 4.4.2 二维刻蚀深度分布初步验证实验55-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 刻蚀深度分布微调算法在离子束修形中的应用59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 变束斑离子束59-61
• 5.2.1 动态准直光阑设计59-60
• 5.2.2 变束斑去除函数假设60-61
• 5.3 变束斑离子束修形的初步分析61-63
• 5.3.1 积分刻蚀时间61-62
• 5.3.2 加工轨迹的时空分析62-63
• 5.4 变束斑离子束修形算法63-66
• 5.4.1 扫描路径规划63-65
• 5.4.2 运动轨迹优化65-66
• 5.5 模拟结果与讨论66-70
• 5.5.1 一维修形的运动轨迹优化66-68
• 5.5.2 变束斑离子束二维修形68-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 工作总结71
• 6.2 研究展望71-73
• 参考文献73-77
• 附录A 附录77-117
• A.1 基于俯视SEM图像的占宽比空间分布均匀性检测分析77-80
• A.2 验证实验工作计划及总结80-81
• A.3 一维刻蚀深度分布微调算法SWING1D81-90
• A.3.1 deg2profilem83-84
• A.3.2 trajoptr.m84-87
• A.3.3 timeperstep_fst.m87-90
• A.4 刻蚀深度分布微调系统的相关控制程序90-100
• A.4.1 离子束扫描探测软件BeamMeas90-92
• A.4.2 上位机控制软件SyncMotion92-95
• A.4.3 PLC运动控制程序95-100
• A.5 变束斑离子束修形算法100-117
• A.5.1 psopt2Test.m102-105
• A.5.2 objfun.m105-107
• A.5.3 psoptmap.m107-111
• A.5.4 rascan.m111-115
• A.5.5 spdiv.m115-117
• 致谢117-119
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果119-120

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