利用天然氧化層掩模的真空紫外硅閃耀光柵的濕法刻蝕制作.pdf

1、本文首先概括了閃耀光柵的歷史，特點與分類；介紹了制作非對稱鋸齒彤閃耀光柵的各種方法，突出介紹了近些年出現(xiàn)的新技術(shù)、新工藝和一些振奮人心的成果；著重介紹了基于硅各向異性刻蝕制作閃耀光柵的原理、最新進展和相比其他技術(shù)所獨有的特點，這個方法展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。閃耀光柵的最大特點就是將入射光的大部分能量衍射到某一個非零衍射級次上，非對稱鋸齒槽形是閃耀光柵的主要輪廓形式。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，真空紫外和軟X射線波段上的應(yīng)用和研究越來越重要，同時對

2、非對稱鋸齒槽形閃耀光柵的制作也提出了更高要求，包括超低粗糙度的閃耀面和通常方法難以做到的小閃耀角，這幾點恰巧是硅各向異性刻蝕制作光柵的優(yōu)勢所在，所以掌握這項技術(shù)顯得尤為重要。 論文就是依托于本實驗室良好的實驗條件，針對真空紫外波段，對在單晶硅上利用濕法各向異性刻蝕制作閃耀光柵的方法進行了系統(tǒng)的研究，取得了一些有意義的結(jié)果。 單品硅是我們制作光柵的基礎(chǔ)，因此對單晶硅的質(zhì)量、硅片的精確切割、硅片的拋光以及硅片的清潔提出了很高

3、的要求，需要對這些參數(shù)進行嚴格的檢測，最終得到符合我們制作要求的帶5度偏角的單晶硅片。 接著是利用熱氧化層作為硅各向異性刻蝕掩模的研究。介紹了熱氧化層的獲得，在理論和實驗上對濕法刻蝕中的橫向刻蝕做了詳細的研究，對熱氧化層掩模厚度和光刻膠線條的占寬比之間的關(guān)系進行了分析，總結(jié)了濕法刻蝕應(yīng)用在圖形轉(zhuǎn)移中的特點，發(fā)現(xiàn)了殘余光刻膠對圖形轉(zhuǎn)移的影響，得到了初步的光柵樣品，對光刻膠掩模的質(zhì)量和氧化層掩模的厚度提出了明確的要求。 然后

4、是利用天然氧化層作為硅各向異性刻蝕掩模的研究。為了消除重力的影響，在倒置狀態(tài)下對光刻膠掩模進行高于其玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上的烘烤，盡量保證光刻膠線條高度的同時得到了光滑的光刻膠掩模，再結(jié)合光刻膠灰化技術(shù)，進一步得到小占寬比、平直而且干凈的光刻膠掩模。從理論上分析了對于我們要制作的用于真空紫外波段的光柵來說，天然氧化層作為硅各向異性刻蝕掩模是完全可行的。在得到高質(zhì)量光刻膠掩模的基礎(chǔ)上，第一次在實驗上利用天然氧化層作為硅各向異性刻蝕的掩模，成功制

5、作出接近于理想鋸齒槽形的閃耀光柵，其閃耀角為5度，線密度為1200線/毫米，閃耀面的均方根粗糙度約為0.2nm，其閃耀波長在140nm附近。 最后是對光柵樣品的效率測量。首先分析了在115nm～140nm波段硅表面氧化層厚度對反射率的影響，仔細測量了具有良好閃耀光柵輪廓的光柵樣品S27的在s偏振下的衍射效率，發(fā)現(xiàn)其絕大部分入射光的能量都被集中衍射到-1衍射級次上，顯示出優(yōu)良的閃耀特性。通過原子力顯微鏡測得精確的光柵輪廓，利用PC

6、-Grate2000(MLT)計算了光柵樣品S27在s偏振下的-1衍射級次的絕對效率和槽形效率，計算的絕對效率與實測數(shù)據(jù)吻合良好，在135nm波長處測得的絕對效率為53.7％，其相應(yīng)的槽形效率為83.2％。 如果改進工藝條件進一步得到更小占寬比而且平直的光刻膠掩模，就很有希望制作出槽形頂端缺陷更小的鋸齒狀閃耀光柵。對于制作極紫外和軟X射線波段的閃耀光柵而言，天然氧化膜作為濕法刻蝕掩模的方法容易制作出具有較高槽形效率和光滑閃耀面的