微納加工過程中微納結(jié)構(gòu)高度的光學(xué)測(cè)量方法研究.pdf

1、隨著MEMS這一交叉學(xué)科領(lǐng)域的興起，市場(chǎng)對(duì)微光學(xué)元件、微電路、微機(jī)械系統(tǒng)等各種微納結(jié)構(gòu)的需求也日益增大，微納加工技術(shù)作為獲得微機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)的必要手段，得到了快速的發(fā)展。而如何對(duì)微納結(jié)構(gòu)表面的形貌進(jìn)行有效的測(cè)量也越來越受到人們的密切關(guān)注。微納結(jié)構(gòu)的形貌是在微納加工工藝過程中逐漸形成的，對(duì)工藝過程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)非常必要。但是目前應(yīng)用于表面形貌測(cè)量的方法多為終點(diǎn)監(jiān)測(cè)方式，不適用于微納加工工藝過程的監(jiān)測(cè)。直到現(xiàn)在還沒有一種比較合適的針對(duì)微納結(jié)

2、構(gòu)、尤其是大高寬比微納結(jié)構(gòu)的過程監(jiān)測(cè)方法。
　　 因此，本文針對(duì)這一需求提出了一種適用于對(duì)制作微納結(jié)構(gòu)的工藝過程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)方法。高度作為微納結(jié)構(gòu)表面形貌的關(guān)鍵參數(shù)之一，是微納加工工藝過程中變化最明顯的參數(shù)，我們就針對(duì)這一結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)方法研究。本文主要工作如下：
　　 1．通過引入輔助結(jié)構(gòu)作為過程監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，提出了一種對(duì)大高寬比微納結(jié)構(gòu)在微納加工工藝過程中高度的變化進(jìn)行原位無損監(jiān)測(cè)的方法。隨著高度的變化，矩

3、形光柵表現(xiàn)出明顯的光學(xué)現(xiàn)象，便于進(jìn)行光學(xué)監(jiān)測(cè)，適合用作輔助結(jié)構(gòu)。我們使用矩形光柵負(fù)一級(jí)和正一級(jí)衍射效率兩個(gè)參數(shù)作為監(jiān)測(cè)依據(jù)，首先通過觀測(cè)他們的起伏變化得到微納結(jié)構(gòu)大致的高度范圍，然后觀測(cè)負(fù)一級(jí)與正一級(jí)的比值得到微納結(jié)構(gòu)高度的精確值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大高寬比微納結(jié)構(gòu)高度的原位監(jiān)測(cè)。
　　 2．以高度為3μm的微納結(jié)構(gòu)為例，設(shè)計(jì)了線密度為50線/mm和160線/mm的矩形光柵作為輔助結(jié)構(gòu)來監(jiān)測(cè)顯影過程中微納結(jié)構(gòu)高度的變化。模擬結(jié)果表明，通

4、過監(jiān)測(cè)光柵衍射效率的變化可以有效地監(jiān)測(cè)微納結(jié)構(gòu)高度的變化，該方法適用于對(duì)大高寬比微納結(jié)構(gòu)的顯影過程進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)。
　　 3．為了驗(yàn)證模擬結(jié)果的可靠性和監(jiān)測(cè)方法的可行性，我們針對(duì)CCD和能量計(jì)兩種監(jiān)測(cè)工具的特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了我們提出的方法是可行的。另外，對(duì)于引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差的因素進(jìn)行了分析討論，并提出了進(jìn)一步的改進(jìn)方法。
　　 4．對(duì)用于更高的監(jiān)測(cè)高度的輔助結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，通過模擬設(shè)計(jì)了線密度為