利用导波耦合角度实时控制光刻胶光栅掩模的占宽比

利用导波耦合角度实时控制光刻胶光栅掩模的占宽比 光学学 报 第 26 卷 第 5 期Vol . 26 ,No . 5 Ma y , 2006 2006 年 5 月 A C TA O P T ICA S IN ICA () 文章编号 : 025322239 2006052076726 3 利用导波耦合角度实时控制光刻胶光栅掩模的占宽比 林 华 李立峰 曾理江 ()清华大学精密仪器系 精密测试技术及仪器国家重点实验室 , 北京 100084 () 摘要 : 研究一种控制多层介质膜上的光刻胶光栅掩模占宽比 线宽与周期之比的新方法 。该方法基于下面的原 理 :如果某泄漏模在包层中的隐失尾较强 ,那么它的等效折射率受光刻胶光栅占宽比变化的影响就大 ,从而可以利 用耦合角度来实时控制光栅占宽比 。在光栅制作的显影阶段 ,采用实时监测技术 ,根据耦合角度和占宽比之间的 关系预设入射光角度 ,在出现共振反常的时刻停止显影来控制占宽比 。实验结果表明 ,固定适当的入射角度可以 得到特定的占宽比 ;改变入射角度 ,占宽比按照预计的规律变化 ,因此定性地验证了这种占宽比控制方法的可行 性 。文中给出了监控装臵和具体的实验方法 ,并讨论了误差来源和影响 。 关键词 : 物理光学 ; 光刻胶光栅 ; 光栅波导 ; 占宽比 ; 实时监控技术 中图分类号 : T H74文献标识码 : A Co n t r ol li n g t he D u t y Cycl e of P h ot o r es is t Gr a t i n gs by S et t i n g t he Gui de d2Wa ve Co up l i n g A n gl es i n Mo ni t o r i n g of P h ot o r es i s t Devel op me n t L i n Hua L i L if e n g Ze n g L ijia n g ( S t a t e Key L a bo r a t o r y of P r ecis i o n Me as u r e m e n t Tec h n ol ogy a n d I n s t r u me n t s , Dep a r t m e n t of P r ecis i o n I n s t r u m e n t s , )Ts i n gh u a U n i ve r s i t y , Bei j i n g 100084 ( ) A bs t r a c t : A ne w t ec h ni que f or cont r olli n g t he dut y c ycle r a tio of ri dge wi dt h t o p e riodof p hot or esis t g r a ti ngs ma de on t op of a m ul tila ye r di el ec t ric s t ac k is s t udie d . I t is us e d i n conj u ncti on wi t h t he r e al2ti me moni t ori ng t ec h ni que du ri n g p hot or esis t de velop me nt , a nd bas e d on t he p ri ncip le t ha t t he eff ec ti ve r ef r ac ti ve i nde x of t he le a ky mode t ha t has a s t r ong e va nes ce nt t ail i n t he cla ddi ng va ries wi t h t he dut y c ycle of t he gr a ti n g si t ua t e d a t t he i nt e rf ace be t w e e n t he t op diele c t ric la ye r a nd t he cla ddi ng . B y appl yi n g t he r ela tions hip of t he coup li n g a n gle a nd dut y c ycl e , a desi r e d dut y c ycle ca n be obt ai ne d by t e r mi nat i ng de velop me nt w he n t he le a ky mode is e xci t e d u nde r a p r es e t i nci de nt a n gle . The e xp e ri me nt al r es ul t s s how e d t ha t t he dut y c ycle of t he r es ul t i ng g r at i ng ca n be adj us t e d by c ha ngi n g t he i nci de nt a n gle . The w or k p r eli mi na ril y es t ablis hes t he f e asi bili t y of t he t e c h ni que . Exp e ri me nt al s e t up a nd p r oce dur e a r e p r es e nt e d , a nd t he e r r or s ou r ces a nd t hei r i nf l ue nces a r e dis c uss e d . Ke y w o r ds : p h ysical op tics ; p hot or esis t g r at i ng ; gr a ti n g wa ve gui de ; dut y c ycle ; r e al2t i me moni t ori ng t e c h ni que 刻蚀时间来调节 ,而离子束刻蚀光栅的占宽比则主要 1 引言 依赖于光栅掩模的占宽比 ,很难进行控制和调整 ,因 高衍射效率的多层介质膜光栅是实现大功率激 [ 1,3 ] 此 ,有必要对光栅掩模的占宽比进行控制 。 。因为这种光栅在工作 光脉冲压缩的关键元件 为了使得做出的光栅掩模具有所需要的占宽 状态只有一个非零的衍射级次 ,所以它的衍射效率主 比 ,一种可能的处理方法是在光刻胶光栅掩模做好 要依赖于槽深和占宽比 。其制作方法一般是采用离 后 ,先对掩模进行等离子灰化处理 ,然后进行离子束 子束刻蚀方法 ,即先制作出浮雕型的全息光刻胶光栅 刻蚀 。但这种方法在牺牲掩模高度的前提下 ,只能 掩模 ,再通过离子束刻蚀把图形转移到介质膜层中 。 在一定程度上使占宽比减少 ,没有从根本上解决对 离子束刻蚀光栅的槽深在一定程度上可以通过控制 3 国家 863 计划资助课题 。 () 作者简介 : 林 华 1968,,女 ,山东乳山人 ,博士 ,主要从事光栅设计 、制作和应用 ,光学检测 ,光学遥感器研制方面的工 作 。E2mail : greatlin02 @gmail . co m 收稿日期 : 2005203220 ; 收到修改稿日期 : 2005206201 [ 4 ] 光刻胶掩模占宽比的控制问题 。赵劲松等采用实 控制多层介质膜上的光刻胶光栅掩模占宽比的可行 ,不可能象一般的测 性 。显影过程是一个动态过程 时监测技术 ,先保证玻璃基片上的光刻胶光栅槽底 干净无残胶 ,然后对占宽比进行调控 ,根据停止显影 量那样允许重复测量多次来保 证光 强测 量 的精 确 点与显影衍射效率监测曲线最后一个峰值的距离来 度 ,并且为了避免再曝光 ,不能使用短波长的蓝绿光 监测 ,所以该方法的上述三个优点对短周期的介质 控制占宽比 。虽然这种方法能保证显影到槽底 ,但 膜光栅的制作意义尤为突出 。 是由于在最后一个峰值之后显影监测曲线没有明显 的特征点 ,而且曲线形状与胶厚有关 ,胶厚未知或显 影中胶厚减薄都会增加停显点的判断难度 ,因此占 2 占宽比控制原理 宽比控制的精度不理想 。 多层介质膜光栅是通过多层介质膜系来提供高 由于缺乏有效的光栅掩模占宽比控制方法 ,目 的反射率 ,从而达到高的衍射效率 。因为其中存在 前普遍采用的制作工艺是先使 用扫 描电 子显 微 镜 高折射率的介质层 ,所以多层介质膜光栅基片相当 ( ) S EM对同一批掩模光栅进行抽样测量 ,当样品光 于一个多层膜平面波导 。对于给定的光波长 ,一个 栅的占宽比满足要求时 ,再对其它光栅掩模进行离 平面波导可以支持有限个导波模 ,也称束缚模 。所 子束刻蚀 。虽然这种方法技术上比较成熟 ,但使用 谓束缚是指模式所携带的能量被束缚在波导中 ,在 起来费时费力并损伤基片 ,对于小批量的光栅制作 波导外其电场强度以指数形式很快衰减 ,成为隐失 成本太高 ,且被刻蚀光栅掩模的占宽比也会和样品 ( ) 波 。如果平面波导表面有皱折 如光栅,则会发生 [ 11 ] 光栅有差别 ,难以保证刻蚀后的光栅质量 。为克服 辐射损耗 ,导波模变成为泄漏模, 其在波导中的 扫描电子显微镜方法的缺点 ,人们一直在寻找无损 、 场强随传播距离衰减 。因为受到光栅的周期结构调 快速的测量方法 。在微电子加工行业 ,比较成功的 制 ,这些由波导中泄漏出来的光能的传播方向应满 [ 5,7 ] 微小尺寸线宽的测量方法是散射方法和不同衍 足下式 :[ 8 ,9 ] )( ( )i i 射级次光强的比值方法。但是由于多层介质膜 λ n si n θ1 C m = N + m / d , ( ) ( ) i光栅掩模的光谱和角谱变化规律复杂 ,并且需要散 其中 N 为光栅波导的第 i 阶模的等效折射率的实 射仪在很大的角度或波长范围内进行测量 ,使得散 λ 部 , m 是衍射级次 , d 为光栅周期 ,为导波在真空中 ( i)射方法很难应用到实时的占宽比监控中 。而光强比 θ的光波长 , n为衍射光所在媒质的折射率 , 为对C m 值方法 ,因为需要至少两个非零衍射级次同时存在 , 应第 i 阶导波模的 m 级衍射级次的衍射角 , 称为耦 所以测量的光栅周期不能比测量波长小 ;同时 ,该方 合角度 。( ) i法要求槽深已知 ,并且在所关心的占宽比范围内 ,衍 光栅波导的 N 与原来的平面波导的等效折射 射光强比值是占宽比的单值函数 ,两者的关系曲线 率会稍有差别 , 差别程度大小与光栅的位臵和模式 的斜率相对较大 ,否则 ,结果会不准确 。 的电场分布有关 。对于在光栅所处的位臵有较强的 针对多层介质膜上的光刻胶光栅 ,最近 ,李立峰( ) 电场强度 大的隐失尾的模 , 光栅参量变化影响相 [ 10 ] 等提出了一种占宽比测量的新方法 。该方法的 对比较大 , 使得对应不同的占宽比的耦合角度差别 [ 10 ] 原理是 ,在包层中有较强的隐失尾的泄漏模的等效 较大 , 但是耦合角度几乎不受槽深影响。 折射率随光刻胶光栅占宽比的变化而变化 ,从而使 以上讨论是假设泄漏波已经存在于波导中 ,反得光栅占宽比的变化可以明显地反映在耦合角度的 之 ,当入射激光束扫 过 耦合 角度 时 , 会激 发 起泄 漏 变化上 。把测量得到的泄漏模的耦合角度与已知的 () 波 ,此时各衍射级次 包括 0 级的光强会发生突变 , 耦合角度和光栅占宽比之间的关系进行对比 ,就可 这种现象称为光栅的共振反常 。显影时 ,随着光栅 ) 以确定光栅的占宽比 。这种方法的好处是 : 1对胶 槽底部的光刻胶的剥蚀 ,那些在光栅所坐落的位臵 () ) 厚 即槽深不敏感 ,2被测光栅周期可以比测量波 有大的隐失尾的泄漏模的等效折射率会发生较大的 ) 长短 ,3只需要精确测量耦合角度 ,而不需要光强的 变化 。对某一束固定方向的入射光 ,如果光栅的槽 绝对或相对测量 。但该文作者只是做了成品光栅的 形变化恰好使得光栅的等效折射率满足耦合条件 , 被动测量 ,而没有直接去制作出占宽比满足要求的 同样会激发起泄漏波 ,各级次衍射光的能量也会重 光栅 。 新分配而发生急剧跳变 。 本文把文献 [ 10 ] 的 原理 应 用到 光栅 掩模 制 作 因此 ,若已知耦合角度与占宽比的关系 ,把入射 中 ,通过实验方法研究利用耦合角度在显影中主动 光角度预先设定在对应所需要的占宽比的耦合角度 5 期 林 华等 : 利用导波耦合角度实时控制光刻胶光栅掩模的占宽比 769 上 ,在泄漏波出现时停止显影 ,就可以控制占宽比 。 该方法的好处是只需要监测到衍射光强跳变点 ,而 不需要测量具体的衍射光强 ,并且被监测光栅的周 期可以比监测波长短 。 3 理论计算分析 在具体描述占宽比监控实验前 ,我们先从理论 上确定基本的实验参量 。我们要制作的介质膜光栅 9 ( ) 的膜系结构为 S HL HL HL HC , 其中 S 1 1 1 2 1 3 2 图 2 第 0 阶模 - 2 级耦合角度随光刻胶光栅占宽比 () ( ) C 分别代表基底 玻璃和包层 光栅所在媒质; 和 变化关系 Fig. 2 Co upling angle of t he 0t h mo de a s f unctio n of dut y H 和 L 分别代表组成高反射率的多层介质膜系的 cycle of t he p ho to re si st gratings made o n top of 高和低折射率介质 ,不同的下标表明膜层厚度不同 。 t he dielect ric multilayer stacks 在显影时 ,包层为显影液 ,图 1 中的方齿形折线给出 从理论上讲 ,第 0 阶模和第 11 阶模都可以用于 了该膜系的折射率分布情况 ,横坐标 0 点对应膜系 控制占宽比 。进一步分析表明第 0 阶模的耦合角度 中 S 与 H的交界面 。1 与其它阶模的耦合角度差别较大 ,容易与其它阶模 () 0θ- 2 区分开来 ,例如的绝对值约为 3?,而第 1 阶到第 11 阶模的 - 2 级耦合角度分布在 9?到 14?之间 。又 () 0θ- 2 因为比起第 0 阶模的其它耦合级次 ,较小 ,从垂 直入射开始调节入射角 ,第一个出现的模就是第 0 () 0θ阶模 ,非常容易识别 ,所以我们选择做监测 。以 - 2 (0)θ。该耦合角度随占宽比的下凡耦合角度均指 - 2 增加而减小 ,当占宽比由 0 . 15 变化到 0 . 5 时 ,它由 3 . 5?变化到 3 . 2?。由此推算 ,如果占宽比控制精度 要达到 0 . 05 ,耦合角度测量精度应达到 2 . 5′,需要 图 1 多层介质膜基片的折射率分布以及导波模 的转台精度应好于 2 . 5′。这样的转角精度 ,一般的( ) T E 模 ,632 . 8 nm的归一化横向电场分布 精密转台都是可以达到的 。 下面我们来分析衍射Fig. 1 Ref ractive2index dist ribution of t he multilayer dielect ric stacks t hat were used as subst rates of t he 效率随显影过程的变化情 p hoto resist gratings and no rmalized elect ric field dist ributio n of t hree selected T E guided2wave modes 我们分别采用文献 [ 12 ]和 [ 13 ]的方法计算介质 膜平面波导中的模式分布和光栅波导耦合角度 。当 ( 入射激光为 He2Ne 激光时 波长 632 . 8 nm , T E 模 ) 偏振 ,文中下面所指入射光参量均同此,该膜系可 以支持共 12 个导波模 ,其中只有第 0 阶和第 11 阶 模式在包层中有较大的隐失尾 ,因此 ,与其它阶模相 比 ,光刻胶光栅的存在将对它们产生较大的扰动 ,它 们的等 效 折 射 率 会 强 烈 地 依 赖 于 光 栅 的 占 宽 比 。 图 3 衍射效率和占宽比变化之间的关系 。入射角度 图 1给出了一些导波模式的归一化横向电场分布 , 是 3 . 4?,在占宽比为 0 . 32 时出现光栅共振反常现象可以看出第 1 阶模在包层的隐失尾要远小于第 0 阶 Fig. 3 Relatio nship bet ween diff ractio n efficiency a nd dut y cycle. Beam i ncident angle i s 3 . 4?, a nd 和第 11 阶模 。假设光栅周期为 675 . 7 n m ,光刻胶 grating a no maly of re so na nce t yp e occur s w hen 折射率取 1 . 65 ,图 2 给出了第 0 阶模的 - 2 级耦合 () dut y cycle app roache s 0 . 32 角度 绝对值随光栅占宽比的变化情况 。 [ 4 ] 况 。根据经验模型,我们假设显影过程中光栅的 0 . 5 mm ,若要重复定位角度误差小于 0 . 02?误差为 () 槽形始终为矩形 ,显影初期占宽比保持为 0 . 5 不变 ,对应占宽比误差小于 0 . 02,光栅平面与参考定位 点距离应大于 700 mm 。 因为实际的光栅参量与理而槽深逐渐增加 ;当显影到槽底后 ,占宽比开始逐渐 减小 。我们主要考 察衍 射效 率 随占 宽比 的变 化 情 论值会有差异 ,我们 [ 14 ] 通过样片设臵耦合角度 。即先用同批次基片制作出 况 ,光栅衍射效率计算采用傅里叶模法。图 3 给 一片光栅作为样片 ,样片光栅的周期同要制作的光 出了入射角为 3 . 4?时的计算结果 ,这里光刻胶厚度 栅一样 。把样片光栅按照显影方式放臵 ,但此时显 ( 取 500 n m 。从该图可以看到在占宽比为 0 . 32 对应 影罐中是去离子水而不是显影液 。转动转台使入射) 耦合角度为 3 . 4?附近 , 衍射 效率 出现 骤 变 。如 果 光垂直入射到光栅表面 。缓慢转动转台改变入射光(入射角在一定范围内增大或减小 ,骤变点 即跳变峰 与光栅夹角 , 调节到 激 发起 第 0 阶泄 漏 模的 角度 。 ) 或谷将向占宽比减小或增大的方向移动 ,其对应关 第 0 阶模的 - 2 级衍射为后向衍射 ,所以波导中被 系与计算得到的 耦合 角 度和 占宽 比关 系 相符 。因 激发起的光波的传播方向与入射光波矢在光栅面上 此 ,通过监测衍射光强 ,在光强出现骤变时停止显影 的投影的方向相反 。当入射角扫过耦合角度时 ,可 可以控制掩模占宽比 。 以看到在耦合点处与入射光方向相反的一侧出现彗 尾状的泄漏波 ;另外当耦合发生时 ,耦合点附近的光 4 实验 [ 10 ] 栅表面会变亮 ,同时在观察屏上很可能会看到由 4 . 1 实验装置和方法 光栅表面投射出的亮弧线 。入射角度设定好后 ,锁 我们的显影监控装臵主要包括以显影罐为主体 定转台 ,在探测屏上记录下相应的反射 0 级的位臵 , 的显影装臵 、转台 、激光器以及探测系统 ,其原理如 作为光栅重复定位参考点 ; 把水换成显影液进行其 图 4 所示 ,图中光栅栅线垂直纸面 。显影罐为圆柱 它光栅的显影 。 形玻璃罐 ,光栅可以通过专用夹具与显影罐精确重 ( 在显影初期 ,透射 ?1 级衍射效率逐渐增加 实复定位 ;显影罐轴心位于光栅面内并与光栅栅线平 ) 时监测曲线图 5 给出了 + 1 级的变化情况,在这个 行 。显影罐固定在转台上 ,转台转轴与显影罐轴线 阶段主要是槽深增加 ,当显影到槽底后 ,衍射效率达 重合 ,并 垂 直 于 光 学 平 台 。转 台 转 角 读 数 精 度 为到峰值附近 ;此后 ,衍射效率随占宽比变化 ,当满足 1′。由 He2Ne 激光器发出的波长为 632 . 8 nm 、T E 耦合条件时 ,发生共振反常现象 ,衍射效率发生跳变模偏振的激光入射到位于转台轴心的光栅表面上 , () 这种跳变可能是尖峰也可能是低谷,此时停止显 ( ) 激光光束与光学台表面平行 ,光束发散角 全角为 影 。当曲线出现跳变时 ,探测屏上也可以看到导波 1 mra d 。光栅到激光器 距 离约 600 mm , 转动 转 台 投射出的亮弧线 ,说明确实是出现光栅共振反常 。 θ可以调节光栅栅面与入射激光的夹角。考虑到衍 这里说明一点 ,水的折射率与显影液的折射率 射光强度和探测器灵敏度以及探测器的摆放方便 , 有微小差 别 , 我 们 测 量 得 到 去 离 子 水 的 折 射 率 为我们选择监测近似对称的 ?1 级透射光 。同时 , 我 们在反射光方向设臵探测屏 ,目视观察反射 0 级和 - 1 级的衍射光 。以 0 级衍射光在探测屏上的位臵 作为重复定位的参考点 ,保证每次安装基片时 0 级 衍射光在屏上的位臵不变 。设反射 0 级位臵的判断 透射 + 1 级显影监测曲线 。图中衍射效率跳变的图 5 位臵表明出现共振反常 ,此时停止显影 Fig. 5 Develop ment mo nito ring curve of t he + 1st 图 4 显影监测装臵简图t ransmitted o rder. The grating anomaly of resonance t ype occurs at t he resonance area , and develop ment is Fig. 4 Schematic diagra m of t he experimental set up fo r stopped right af ter t he anomaly occurs develop ment mo nito ri ng 5 期 林 华等 : 利用导波耦合角度实时控制光刻胶光栅掩模的占宽比 771 ) () (,占宽比分布见图 7 。这 10 片光栅的占宽比的统宽比 1 . 333 室温下,而显影液 具体参量见下节的折射 率为 1 . 337 ,由此引起的占宽比绝对误差约为 0 . 02 , 计平均值为 0. 34 , 标准偏差为 0. 03 。我们的实验结 制作出的光栅会比调试用的光栅的占宽比稍小 ,但 果表明利用耦合角度实时控制占宽比的方法是可行 一般情况下 ,这种误差是允许的 。若要得到与调试 的 。显影后的光刻胶光栅槽深为 480,670 nm ,可见 用的光栅相同占宽比的光栅 ,可以适当把角度稍稍 槽深对占宽比的控制没有什么影响 。转小 。 由第 3 节分析我们知道 ,当入射角度增加时 ,在 出现共振反常的时刻停止显影 ,制作出的光栅的占 4 . 2 实验结果 宽比较小 ,反之占宽比较大 。为验证此分析结果 ,我 nm , T E He2Cd 激 光 , 波 长 为 441 . 6 曝光采 用 们有意识地改变入射角度 ,仍在衍射效率发生跳变 模偏振 , 标称 功 率 为 180 m W , 曝 光 时 间 为 140 s 。 光刻 胶 为 Ship ley 9912 正 性 光 刻 胶 。显 影 液 是 后停止显影 。为排 除基 片 差异 和角 度设 臵 误差 影 (Shipley 351 ,按照显影液与去离子水的体积比为 1?4 响 ,我们重点考察同一基片在不同入射角度 角度差 ) 稀释 。光栅周 期 为 675 . 7 nm , 测 量 精 度 0 . 4 nm 。 大于 0 . 2?下得到的占宽比情况 。基片 A 在入射角 ο在发生光栅共振反常时停止显影 ,然后用扫描电子 为2 . 1时 ,发生反常现象后停止显影 ,得到的占宽比 显微镜拍照光栅槽形 ,根据扫描电子显微镜图片测 为 0 . 5 ,而入射角增加到 2 . 6?时 ,得到的光栅占宽比 量光栅占宽比 。图 6 给出了其中一片光栅的扫描电 为 0 . 32 ;基片 B 在入射角为 2 . 6?时发生反常现象后子显微镜图片 。 停止显影 ,得到的占宽比为 0 . 4 ,而入射角增加到 3? 时 ,得到的占宽比为 0 . 3 。结果表明如果增大入射 角度 ,可以得到较小的占宽比 ,即光栅的占宽比按照 预计的趋势变化 。 4 . 3 实验误差分析和讨论 占宽比控制实验误差主要来源于以下几个方 面 : ) 1占宽比测量误差 。从光栅的扫描电镜图片 可以看到存在驻波现象 ,光栅槽形不是严格的矩形 ; 同时 ,扫描电子显微镜样片的镀金厚度以及拍摄角 图 6 实验中得到的典型光栅的电子扫描显微镜图片 度和图片的清晰度等因素 ,也使得通过扫描电子显 Fig. 6 S EM pict ure of a t ypical grating sa mple 微镜图片估计光栅的占宽比存在一定的误差 。对同 我们统计了在入射角为 2. 6?下得到的光栅的占一样品的扫描电子显微镜图片多次测量结果表明 , 根据扫描电子显微镜图片测量占宽比的不确定性为 0 . 02 。另外 ,我们的曝光光强不是非常均匀 ,光栅基 片不同位臵显影结果会有所不同 。我们尽量使扫描 电子显微镜测量点靠近监测点 以反 映监 测 点的 情 况 ,但不能保证监测点和扫描电子显微镜采样点是 一个位臵 ,由此会引起误差 。 ) 2耦合角度依赖于介质膜层厚度和折射率 ,所 以基片之间的差异以及基片本身的不均匀性会引起 占宽比控制误差 。因为第 0 阶模的电场强度峰值处 图 7 在导波出现时刻停止显影得到的光栅占宽比分布 。 在顶层氧化铪中 ,由此判断顶层材料氧化铪参量变 入射角为 2 . 6?。光栅编号按槽深从 小到大的顺序 化对占宽比控制影响较大 。氧化铪的折射率相对比 排列 ;图中横线位臵为占宽比的平均值 较稳定 ,所以我们只考虑由厚度引起的差异 。对于 Fig. 7 Dut y cycle di st ributio n of gratings w ho se develop ment s were stopped w hen guided waves 同批次镀 膜 的 基 片 , 可 能 导 致 顶 层 氧 化 铪 变 化 约 occur red. Incident a ngle i s 2 . 6?. Grating number 1 % ,折算到占宽比绝对误差为 0 . 03 。 ar ra nged in increa sing o r der of groo ve dep t h . Solid ) 3入射角度误差 。定位精度误差引起的角度 line rep re sent s t he mea n val ue of t he dut y cycle s 误差折算到占宽比绝对误差为 0 . 02 。 3 Michael Per r y . Mul tilayer dielect ric grati ngs : i ncrea si ng t he 因为实际的光栅基片参量与计算值可能有差 po wer of li ght [J ] . Science & Tec h nol o g y Rev ie w , 1995 . 25,33 ( )ht t p : ?www . ll nl . go v/ st r/ 09 . 95 . ht ml 异 ,所以理论计算只给出变化趋势 ,实际应用中对占 4 Zhao J i n so ng , Li Lif eng , Wu Zhenhua . Met ho d fo r co nt rolli ng 宽比的控制规律需要标定 。 groo ve dep t h a nd dut y cycle of rect a ngula r p ho to resi st grati ngs ( ) ()[J ] . 2004 , 24 9: 1285,1291 i n Chi ne seAct a O p t i ca S i nica , 赵劲松 ,李立峰 , 吴振华. 一种控制矩形光刻胶光栅槽深和占宽 5 结论 ( ) 比的方法[J ] . 光学学报 , 2004 , 24 9: 1285,1291 5 Raymo nd C J , Mur na ne M R , Naqvi S S H et al . . Met rolo gy of 本文针对具体的多层介质膜光栅 ,利用光栅占 subwavelengt h p ho to re si st grati ngs u si ng op tical scat t ero met r y 宽比和泄漏模耦合角度的关系 ,通过预设入射光角 ( ) [J ] . 1995 , B13 4: 1484,1495J . V ac . Sci . Tec h nol . , 6 Co ulo mbe S A , Mi n ha s B K , Raymo nd C J et al . . Scat t ero met r y 度 ,在显影过程中观察到了光栅共振反常现象并在 μmea surement of sub - 0 . 1 m li newidt h grati ngs [ J ] . J . V ac . ( ) Sci . Tec h nol . , 1998 , B16 1: 80,87 此时停止显影 。对固定入射角度 ,得到了特定的占 7 Huang H T , Ter r y J r F L . Sp ect ro scopic ellip so met r y a nd 宽比 ,改变入射角度 ,占宽比按照预计的规律变化 , ( ) reflecto met r y f ro m grati ngs Scat t ero met r y fo r critical di men sio n mea surement and i n sit u real ti me p roce ss mo nito ri ng 定性验证了通过占宽比和耦合角度的关系控制光刻 [J ] . 2004 , 455,456 : 828,836Thi n S ol i d Fi l ms , 胶掩模 光 栅 占 宽 比 的 可 行 性 。该 方 法 的 优 点 是 : 8 Klei nknecht H P , Meier H . Li newidt h mea sure ment o n IC ma sk s ) ) 1对胶厚不敏感 ,2被监测光栅的周期可以比监测 a nd waf er s by grati ng t e st pat t er n s [ J ] . A p p l . Op t . , 1980 , 19 ( ) 4: 525,533 ) 波长短 ,3只需要精确测量耦合角度 ,而不需要光强 9 Marcia nt e J R , Fa r miga N O , Hi r sh J I et al . . Op tical 的绝对或相对测量 。本方法对其它具有导波层结构 mea surement of dep t h a nd dut y cycle fo r bi na r y diff ractio n 的全息光刻胶光栅的制作具有借鉴作用 。grati ngs wit h subwavelengt h f eat ure s [ J ] . A p p . Op t . , 2003 , 42 ( ) 16: 3234,3240 10 Li Lif eng , Zeng Lijia ng . Mea sure ment of dut y cycle of 致谢 本文使用的多层介质膜基片由中科院上海光 p ho to re si st grati ng ma sk s made o n top of multilayer dielect ric ( ) ( )st acks[ J ] . 2005 , 44 21: 1,7 to be p ubli shedA p p l . Op t . , 机所薄膜中心提供 ,在此作者对他们的支持表示感 11 Ta mi r T. Inte g rate d O p t ics [ M ] . Berli n : Sp ri nger2Verlag , 谢 。周倩同学和王惠芝师傅分别在扫描电子显微镜 1979 . 93,101 12 Li Lif eng . Det er mi natio n of bo und mo de s of mul tilayer pla na r 图像和光刻胶基片制备方面提供了帮助 ,本文作者 wavegui de s of i nt egratio n of a n i nitial2val ue p ro ble m[J ] . J . Op t . 对他们的协助表示感谢 。 ( ) 1994 , 11 3: 984,991Soc . A m . A , 13 Nevirèe M . The H om o geneous P robl e m . in Elect rom a g net i c T heor y o f Grat i n gs [ M ] . R . Petit ed . , Berli n : Sp ri ng2Verlag , 参 考 文 献 1980 . 123,157 1 Sho re B W , Per r y M D , Brit t en J A et al . . De si gn of high2 14 Li Lif eng. Mat he matical reflectio ns o n t he Fo urier mo dal met ho d efficiency dielect ric reflectio n grati ngs [ J ] . Op t . Soc . A m . A , i n grati ng t heo r y. i n Mat he m at ical M o del i n g i n O p t i cal S ci ence , ( ) 1997 , 14 5: 1124,1134 ( ) SIA M Societ y fo r Indust rial a nd Applied Mat he maticsFro ntier s 2 Hehl K , Bi schoff J , Mo ha up t U et al . . High2efficiency dielect ric i n Applied Mat he matics , Eds. G. Bao , L . Co w sar , a nd W. reflectio n grati ngs : de sign , f abricatio n , a nd a nal ysi s [ J ] . A p p l . Ma st er s , SIA M , Philadelp hia , 2001 . 111,139 ( ) 1999 , 38 30: 6257,6271Op t . ,