二元光学器件光刻掩模的设计与制作

二元光学器件光刻掩模的设计与制作到达的目的和功能。制作二元光学器件的方法很多，如灰阶掩模板法、激光热敏加工法、金刚石车削法、准分子激光加工法等。除这些方法外，承受光学逐层套刻的方法〔光刻法仍是目前最经典〔通常是在光学玻璃外表镀金属膜用，掩模是套刻曝光过程的前提和根底。1光刻掩模的设计此函数进展相位压缩和量化得到二元光学器件的相位分布图及输出。相位分布函数确实定相位分布函数确实定这一过程是通过ZEMAX光学设计软件进展的。对于所争论二元光学器的基底面形都等同于一个偶次非球面，面形高度可以表示为1 11 1(1k)c2r2

i1

ar2 〔1〕1式中，r是二元光学器件半径，c是二元面基底的曲率，k是基底的圆锥系数。对于实际使用的二元光学器件来说，基底通常是平面或球面。由软件设计得二元面相位分布函数为=Ni0

AE(x,y) 〔2〕i i

Aρ2ii

N

A(r/r)2 (3)ii0 i0式中，Ei(x,y)是按某种方式排列的关于x,y的多项式，rρ是归一长。相位转化相位转化是将初始的相位分布函数转化为二元光学器件的相位分布理论。通常二元光学器件引入的相位分布被压缩到［0，2mπ］内。m是一整数，对于经典的二元光学器件，m=1m＞1的二元光需要。量化有两种方法：〔1〕离散化表示，就是选择一个适当的分割方法将二元光学器件布描述比较困难或在优化设计时承受离散相位分布的二元光学器件连续函数变换法，即对未经压缩的相位分布函数作用一个变换函数T〔Φ〕，得到最终的相位分布。实际运用中，通常是将二元光学器件的相位分布压缩到02，π］承受连续函数变换法。变换的函数只和相关值有关。常用的变换函数有：T(φ)[φint(φ/2mπ)2mπ]q (4)kkT(φ)(TkB

(φ)N)2mπq (5)2mπ N式中int(x)取整函数，得到小于x的最大整数；q为深度比例因子，当q不等于1时，表示因加工误差或设计波长和使用波长的偏差，二元光学器件含深度误差。连续相位分布函数经2mπ压缩函数Tk(ΦN台阶量化函数T(φ变换后，成为N台阶二元光学器件，见图1。B〔a〕初始相位 〔b〕压缩相位 〔c〕量化相位图1相位分布函数处理过程Fig.1dealwithprocessofphasedistributionfunction数据输出2为与掩模数据表1对应的掩模图案。表1掩模数据表〔mm〕Tab.1maskdate18.6471一次套刻掩模table〔mm〕套刻掩模半径0.000016.561317.969719.6703二次套刻掩模00.000009.906215.568316.561317.305917.959818.647119.6703三次套刻掩模00.000009.906215.568316.561317.305917.959818.647119.670300.000009.906215.568316.561317.305917.959818.647119.6703掩模的激光直写

图2掩模图案Fig.2maskfigure被保存而形成抗蚀保护层，经后续的对铬膜腐蚀等处理后形成铬膜的掩模图案图3制作掩模工艺流程Fig.3processoffabricatingmask掩模制作具体工艺流程如图3。其中，基片预处理、镀膜、涂抗蚀剂、前烘、显影、后烘、腐蚀和去胶等，与一般光刻根本一样，不再赘述。这里仅争论直写曝光过程。直写原理极坐标激光直写设备由工控计算机、激光器、光路准直透镜组、自动聚焦系统、径向模图案的刻写。工艺参数对线宽的影响在通常的光刻工艺中，线条轮廓是由抗蚀剂层内曝光量的空间分布打算的，曝光量等打算。可见，焦斑光强分布和扫描速度是激光直写光刻争论中两个重要的工艺参数。激光直写中，扫描速度和线宽的关系，实质上是扫描速度与曝光量的关系，可以通过刻物镜的光路计算，确定输出功率与曝光量的关系。最终通过屡次试验来校正曝光量和调4。图4线宽与扫描速度关系的关系曲线Fig.4curveofstringwidthandscaningspeed激光功率、径向位置坐标和旋转速度参数关系在极坐标写入系统中，对于不同的径向坐标，光斑在抗蚀剂膜上扫描的线速度不同，如功率、径向位置坐标和旋转速度参数关系为P=C·ω·r·d 〔6〕其中P为激光输出功率，ω为旋转角速度，r为写入圆环半径，d为单次扫描线宽，是与对的要求，径向位置由光轴和旋转轴对准精度和X轴定位精度打算，环带宽度掌握精度则与径向位置坐标、旋转速度和激光功率有关。〔a〕扫描轨迹 〔b〕线条横截面图5写入圆环线条截面轮廓分析示意图Fig.5sketchmapofroundstringsectioncontour5所示。扫描光斑直径两端点A、B线速度不同，A、B点曝光量也不一样，这会导致抗蚀剂层内圆环线条横截面轮廓不对称。用曝光量代替得到曝光量与径向坐标的关系式为EP 〔7〕由〔7〕式可以看出，写入半径越大，内外径位置曝光量差值越小，圆环线条内外两侧壁角的差距越小。由公式〔6〕得到不同径向位置与激光功率的关系如图6所示。图6径向位置与激光功率的关系Fig.6Theconcernofcenterpositionandlaserpower直写系统参数设置2所示。表2激光能量密度与曝光步距的关系Tab.2concernoflaserpowerdensityandexposestep自动调焦增益：调焦增益设的太低，调焦反响慢，当工作台移动较快时，可能跟不上；相反，调焦增益设的太高，调焦反响快，可能产生振动。选取中间值4-5。正负图形选择：依据实际需要，可对同一设计选写正图形或负图形。试验中选择直写正图形。离焦量选择：离焦量反响的是聚焦激光束的束腰与抗蚀剂外表的偏移量，离焦量对图线条，更要通过试验准确选择。经试验确定离焦量选取260nm较为适宜。误差分析极坐标激光直写系统在写入圆对称器件过程中会引入一些误差，分别是尺寸误差和坐标误差。尺寸误差的区分率、基片的预处理等有关。导致曝光缺乏，致使局部线条不清楚。坐标误差坐标误差是写入环带的理论计算坐标与实际写入位置的差异。主要来源有：(1)旋转轴光斑在旋转盘上的运动轨迹与抱负圆的偏差间后才可以写入曝光，才能保证圆环线宽有好的均匀性。结论本文分别承受相位分布函数转化和激光直写方法对掩模进展了设计和制作0.1～0.2µm范围内，经套刻所制得二元器件衍射效率到达91.25%〔理论衍射效率95%〕。参考文献［1］叶均．八台阶二元光学器件套刻误差的逐层分析与争论，［J］．浙江大学报，1999，23〔2〕：157－162．［2］米凤文，沈亦兵，杨国光．衍射光学元件衍射效率影响混合光学系统性能的一种方法［J］．光子学报，2023，29〔4〕：436－439．［3］王多书．激光直写制作二元光学器件掩模争论［J］．应用激光，2023，24〔4〕：213－216．［4］金国藩．二元光学［M］．北京：国防工业出版社，1999：1—18．［5］MeyerhoferD．CharacteristicsofRes