[发明专利]多次扫描电子束刻蚀制作高频光栅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光栅制作的方法，特别涉及一种利用电子束蚀制作高频光栅的方法。 

背景技术

将两个栅线重合后，当它们发生相对转动，或者任一栅中栅线节距增大或减小时，则一个栅的不透明部分将遮盖住另一个栅的透明部分，形成比原来宽得多的不透明暗带，同时在两个透明部分重合的地方，将形成透明的亮带，出现明暗相间的条纹，称为云纹。几何云纹法是20世纪60年代发展起来的一种全场变形光测方法，此方法运用频率为100线/mm至10线/mm的粗光栅进行变形测量，在宏观物体的大变形测量方面发挥了重要作用。电子束云纹法是20世纪90年代以来兴起的一种新型高灵敏度变形测量技术。该方法保留了云纹法的所有特点，且可通过改变电镜的放大倍数而实时地改变物体的测量范围。电子束云纹法可应用40线/mm至10000线/mm的光栅进行变形测量，由于它具有显微测量的特点，适合测量微区(如界面或裂纹尖端)的变形，且具有较高的位移测量灵敏度，是一种有发展前景的细微观光测力学方法。 

电子束云纹法尽管在实验方法的改善和应用方面在不断提高，但仍然存在一些问题。自从这种方法被提出，但之后相关的研究报道较少。主要原因是对于扫描电子束显微镜获得光栅和产生云纹图需要特殊的光速扫描控制装置(电子束图型发生器和电子束掩膜板)，对于控制电子束扫描过程是一个特定设计的装置，因为只有很少的扫描电子显微镜装备这种装置，因此电子束云纹法的使用受到限制。同时，在电子束云纹法中制栅存在较大的误差。光栅实际是电子束扫描的痕迹，这些扫描痕迹近似是直线但带有波动，波动的宽度取决于扫描 电镜的工作条件(参数)，这些波动导致光栅间距出现误差，降低了电子束云纹法的测试精度。因此减少光栅间距误差对于电子书云纹法非常重要。 

发明内容

基于上面提到的这些问题，本发明提出了一种可以用于普通扫描电子显微镜制作高频光栅的多次扫描电子束刻蚀法。该方法不需要装备光速扫描控制装置(电子束图型发生器和电子束掩膜板)，而可以使用普通的扫描电子显微镜制备出高精度的高频光栅，从而使得电子束云纹法应用更加便利，有利于这种方法更广的范围内得到应用。 

传统的电子束刻蚀光栅是有扫描电子显微镜、光束控制器和记录设备组成。光束控制器可以在扫描区域控制遮挡值(未曝光形成暗线)和未遮挡值(曝光形成亮线)，从而得到周期性结构(光栅)，通过在光束控制器中设置的遮挡值和未遮挡值改变暗线和亮线的数量，光栅的间距就可由光束控制器控制。同时，电子束感光胶的曝光时间是由扫描速度决定的，而光速扫描控制器可以控制扫描速度，从而来控制刻蚀光栅的曝光时间。而本发明的多次扫描电子束刻蚀法，不需要光束控制器，光栅间距由扫描电子显微镜的放大倍数控制，通过实验可确定二者之间的关系式；曝光时间通过扫描次数来控制，即扫描次数少，曝光时间就少，电子束感光胶受到的曝光量就小，扫描次数多，曝光时间就多，电子束感光胶受到的曝光量就大。并且，研究中还发现，由于电子的波动性，导致单次扫描方法所制作的光栅间距难以避免的存在一定的不可控的误差，而是使用多次电子束扫描的方法代，通过对同一位置的重复扫描，各次扫描的蚀刻线相互重复叠加，一定程度上减少电子的波动性所带来的制作误差，重扫描的次数越多，这种误差越小，从而可以系统地降低制作光栅的间距误差，有利于提高电子束云纹法的测量精度。 

多次扫描电子束刻蚀法制作光栅的工作参数较多，包括扫描电镜的加速电压、探针电流、工作距离、放大倍数、扫描模式和扫描次数。其中，光栅频率是与扫描电子显微镜的放大倍率成比例的，通过变换扫描电子显微镜的放大倍率，能够获得不同频率(即不同间距)的光栅。 

本发明的发明人通过反复试验，摸索出了一整套工作参数，成功地实现了10000线/mm的光栅的制备。 

本发明的方法包括如下步骤： 

1.打磨、抛光 

基片表面的粗糙程度对光栅质量有较大影响，基片表面打磨粗糙度应达到0.01线(0.1微米)。如达不到这一指标，可通过抛光达到。 

2.清洗 

将基片依次用丙酮和乙醇超声波清洗中，以充分去除基片表面的污染物。 

3.涂胶 

在基片表面旋涂电子束感光胶，并将涂好胶的基片烘干。 

在电子束刻蚀法制栅中，最常用的电子束抗蚀剂有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系列，东京东化(Tokyo Toray)的EBR系列和日本Zeon公司的ZEP系列。 

4.曝光(扫描) 

将基片放入扫描电镜的载物台上，选定电镜参数，包括加速电压、探针电流、工作距离、扫描次数和放大倍数。