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

1、隨著MEMS這一交叉學(xué)科領(lǐng)域的興起，市場對微光學(xué)元件、微電路、微機械系統(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)作為獲得微機械、微機電系統(tǒng)的必要手段，得到了快速的發(fā)展。而如何對微納結(jié)構(gòu)表面的形貌進行有效的測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，對工藝過程進行原位監(jiān)測非常必要。但是目前應(yīng)用于表面形貌測量的方法多為終點監(jiān)測方式，不適用于微納加工工藝過程的監(jiān)測。直到現(xiàn)在還沒有一種比較合適的針對微納結(jié)

2、構(gòu)、尤其是大高寬比微納結(jié)構(gòu)的過程監(jiān)測方法。
　　 因此，本文針對這一需求提出了一種適用于對制作微納結(jié)構(gòu)的工藝過程進行原位監(jiān)測方法。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)，我們就針對這一結(jié)構(gòu)參數(shù)，進行原位監(jiān)測方法研究。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)測的監(jiān)測對象，提出了一種對大高寬比微納結(jié)構(gòu)在微納加工工藝過程中高度的變化進行原位無損監(jiān)測的方法。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，便于進行光學(xué)監(jiān)測，適合用作輔助結(jié)構(gòu)。我們使用矩形光柵負(fù)一級和正一級衍射效率兩個參數(shù)作為監(jiān)測依據(jù)，首先通過觀測他們的起伏變化得到微納結(jié)構(gòu)大致的高度范圍，然后觀測負(fù)一級與正一級的比值得到微納結(jié)構(gòu)高度的精確值，從而實現(xiàn)對大高寬比微納結(jié)構(gòu)高度的原位監(jiān)測。
　　 2．以高度為3μm的微納結(jié)構(gòu)為例，設(shè)計了線密度為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)測光柵衍射效率的變化可以有效地監(jiān)測微納結(jié)構(gòu)高度的變化，該方法適用于對大高寬比微納結(jié)構(gòu)的顯影過程進行原位監(jiān)測。
　　 3．為了驗證模擬結(jié)果的可靠性和監(jiān)測方法的可行性，我們針對CCD和能量計兩種監(jiān)測工具的特點分別設(shè)計了實驗進行驗證，實驗結(jié)果證實了我們提出的方法是可行的。另外，對于引起實驗結(jié)果偏差的因素進行了分析討論，并提出了進一步的改進方法。
　　 4．對用于更高的監(jiān)測高度的輔助結(jié)構(gòu)進行了分析設(shè)計，通過模擬設(shè)計了線密度為