[发明专利]一种原位光通量监测及曝光剂量补偿方法

说明书

本发明涉及一种原位光通量监测及曝光剂量补偿方法，该方法通过采用光电二极管在光刻实验开始前对经过出射狭缝进入真空腔体内的主光束的光通量进行测量，并在进行实验曝光时对经过出射狭缝进入真空腔体内的强度与主光束成正比的杂散光的光通量进行监测，从而根据杂散光的光强变化实时调整各个光刻区域的曝光时间，由此对曝光剂量进行补偿，以使曝光剂量在XIL大面积曝光图形拼接过程中保持不变，从而确保最终获得的大面积曝光图形内的纳米结构均匀，进而有效提高这种曝光图形形成的器件性能。

技术领域

本发明涉及一种原位光通量监测及曝光剂量补偿方法。

背景技术

X射线干涉光刻(XIL)是利用两束或多束相干X光束的干涉条纹对光刻胶进行曝光的新型先进微、纳加工技术，可以开展几十甚至十几个纳米周期的纳米结构加工。XIL技术适用于制备周期为100nm以下的大面积纳米周期结构，与其他光刻等方法相比，可以更可靠地获得高质量的亚50nm的高密度周期性纳米结构，在纳米电子学、微纳光学、纳米生物学、纳米器件与材料、光子晶体等研究领域有着广泛的应用。

对于单次曝光而言，利用XIL技术得到的曝光图形面积与掩膜光栅面积有关。若想得到小周期的纳米结构，那么掩膜光栅的面积就会受到一定的限制，目前用于XIL制备小周期图形的掩膜光栅的面积通常小于600μm×600μm，那么曝光图形面积最大即为600μm×600μm。与电子束曝光等技术相比，单次曝光得到的图形面积已经很大，但是对于某些研究领域依然不够。

以光子晶体为例，小周期大面积的光子晶体可以作为高效探测器广泛应用于高能物理、医学成像、辐射剂量、同步辐射硬X射线等领域。利用XIL技术可以高质量的制备光子晶体，然而单次曝光得到图形面积远远不能满足作为探测器的应用需求，这就要将多个曝光区域拼接，以获得更大的曝光面积来满足实际应用的需求。目前上海光源XIL光束线站已经发展了大面积曝光拼接技术，可以通过移动光刻胶将单次曝光的图形逐一拼接，最终可以得到面积为平方厘米甚至更大的大面积曝光图形。具体如图1、2所示，由波荡器光源5产生的相干X射线经过位于真空管道内的两个反射聚焦镜6、7后汇聚至出射狭缝8处(该出射狭缝8的大小可调，可用于调整光束的相干性，同时出射狭缝8也作为次级光源)，经过出射狭缝8后光束在快门9(该快门9用于控制曝光时间)的控制下进入实验站的真空腔体内进行光刻实验。在实验过程中，两束X射线分别通过位于真空腔体内的掩膜光栅1产生±1级衍射光，它们的干涉条纹对涂在衬底2上的光刻胶3进行曝光从而在光刻胶3中形成曝光图形4，通过移动衬底2可以将多个单次曝光图形4拼接在一起以形成大面积曝光图形。

由此可见，曝光后所得纳米图形的质量与曝光剂量直接相关。如前文所述，为了获得大面积的曝光图形，需要将单次曝光图形逐一拼接，这就需要较长的曝光时间。如果曝光过程中每个区域间的曝光剂量(曝光剂量＝光通量*曝光时间)不同的话，会导致每个区域间的纳米结构不均匀，从而导致最终获得的大面积图形内纳米结构的不均匀，这种图形发展成器件后，器件的性能会受到影响。

而在实际曝光过程中，光通量往往在很长时间难以保持恒定不变，这由多种原因造成：首先，虽然上海光源现在是恒流模式运行，但是储存环内的电子束流并不是恒定不变，而是不停的衰减后再注入，储存环束流的变化会影响光通量；其次，储存环内安装了多台插入件设备，插入件间隙的改变会影响电子轨道，引起电子轨道漂移，尤其是光刻束线相邻的上下游插入件间隙的变化对光刻束线影响最大，电子轨道的漂移会引起光源点的变化，从而会影响光通量；最后，光束线中光学元件受热效应的影响会产生形变，这也会引起光通量的变化。综合各种因素在内，光通量在很长时间难以保持恒定不变，这就会对大面积曝光图形拼接实验产生较大的影响，因此，需要对用于长时间阵列曝光的原位光通量进行监测，并对曝光剂量进行必要的补偿。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种原位光通量监测及曝光剂量补偿方法，以确保在XIL大面积曝光图形拼接过程中曝光剂量恒定不变。