全息光栅非对称曝光显影的理论模拟及实时监测

两束记录光非对称入射必然造成光刻胶中潜像光栅"沟槽"的倾斜,进而影响显影后光栅沟槽的形状。特别是在凹面全息光栅的制作中,两束记录光一般都是非对称入射。为了能够从理论上分析并指导非对称全息光栅的制作,建立了非对称曝光、显影理论模型,重点分析了两束记录光从光栅表面一侧照射的情况。运用此模型模拟了光栅沟槽的形成过程,计算了全息光栅制作中非对称曝光、显影的实时监测曲线。理论计算显示,非对称曝光下,曝光实时监测曲线和显影实时监测曲线变化趋势与对称曝光时相同,只是衍射效率值不同,这与实验结果吻合;数值模拟光栅沟槽的演化发现,非线性效应特别显著时得到的沟槽为倾斜矩形,非线性效应比较显著时得到的沟槽为非对称梯形,非线性效应受到抑制时得到的沟槽为非对称性不明显的正弦形,这与实验结果一致。该模型能够有效地指导全息光栅掩模的制作,有助于为离子束刻蚀工艺提供所需的合格掩模。     

光刻胶全息光栅显影监测的模拟与实验

为了控制光刻胶全息光栅显影过程,建立了槽形演化和衍射效率模型,模拟了槽形演化和衍射效率曲线,分析了显影监测曲线的特征和规律。并将模拟槽形和实验槽形、模拟监测曲线和实验监测曲线进行对比,均很好地吻合。结果表明衍射效率的监测对把握显影过程停显时刻、控制掩摸槽形非常有效。     

一种控制矩形光刻胶光栅槽深和占宽比的方法

利用光刻胶的非线性效应可以制作出了矩形的全息光栅。制作矩形光栅时,对槽形的控制被简化为对槽深和占宽比这两个参量的控制。首先借助实时潜像监测技术获得最佳曝光量,然后根据显影监测曲线的特征找出光栅槽底的残胶厚度为零的显影时刻,就能得到槽底干净的矩形光栅,同时保证槽深近似等于光刻胶的初始厚度;如果此后继续显影,就能适度减小占宽比。实验结果和理论分析都证实了这种控制方法的可靠性。对1200lp／mm的光栅,目前工艺能精确调控的最大槽深为1μm,占宽比在0．2～0．6范围内。实验还揭示,为了提高对光栅槽形的调控能力,必须首先提高干涉条纹的稳定性。     

全息光栅制作中光栅掩模形状随曝光量及干涉场条纹对比度的变化规律

为了在光栅制作中对光栅掩模占宽比及槽深加以控制,结合光刻胶在显影过程中的非线性特性,建立了光栅掩模槽形演化的数学模型,由此分析和模拟曝光量、条纹对比度对光栅槽形的影响。结果表明:在显影条件确定时,光栅掩模占宽比随光刻胶曝光量的增大而减小,条纹对比度减小,则不仅使光栅占宽比减小,同时也是使光栅槽深减小的主要原因,这样做的前提是预先通过实验和计算确定出一个曝光量上限Ec。该方法能够反映光栅掩模形状的演化规律,为全息光栅参数预测和工艺控制提供依据。     

全息光栅光刻胶掩模槽形演化及其规律研究

为了控制全息光栅光刻胶掩模槽形,运用曝光模型和显影模型模拟了掩模的槽形形成过程和变化规律。实验对比了不同曝光量,不同显影浓度,不同空频条件下的掩模槽形,特别是占宽比(光栅齿宽度与光栅周期的比)的情况。实验结果表明,实际槽形与模拟槽形很接近。模拟和实验均发现,在大曝光量、高浓度显影、高空频的光栅条件下所得槽形占宽比较小,槽深主要由原始胶厚决定。     

低陡度光刻胶光栅槽形研究

为控制全息光刻胶光栅槽形,从研究显影时间、显影液温度等对光刻胶特性曲线的影响出发,采用计算机模拟和实验方法,制作出底部占宽比30%左右,陡度65°左右的低陡度光刻胶光栅掩模.研究发现：启动曝光量随显影时间的延长而减小,光刻胶特性曲线线性部分的斜率随着显影时间的增加而增加;显影液温度高的光刻胶启动曝光量大,其特性曲线线性部分的斜率也较大.这决定了制作低陡度光刻胶光栅掩模需要使用非1∶1的干涉曝光,以及必须采用较低温度的显影液进行显影处理.最终选用1∶7的干涉曝光和15℃的显影液.     

全息光栅制作中的实时潜像自监测技术

介绍了一种实时监测全息光栅曝光过程的新方法。在曝光过程中,光刻胶折射率的空间分布发生微小变化,由此形成的潜像光栅同时对记录光束产生衍射(自衍射),探测一个非零级次的衍射强度的变化就可对曝光过程实时监测。实验证明,这种技术能灵敏、客观地探测出样片之间由于个性差异所导致的最佳曝光量的漂移,制作者可以借此对曝光时间做实时补偿。发现自监测曲线之线性区的末端存在着一个明显的最佳曝光参考点,紧接其后是一个最佳曝光可选择区。采用了一个曝光模型,其模拟结果和实验中得到的自监测曲线能很好地吻合。理论分析证实,根据实时监测曲线的相对幅值来优化最佳曝光量的方法是很合理的,这种实时自监测是一种非常简单、能有效控制曝光量的技术。     

光刻胶特性曲线参数测量的新方法

文中通过台阶实验的数据结合光刻胶光栅掩模的槽形,得到光刻胶特性参数,利用这些参数可以模拟出任一曝光量,任一显影时间,任一空频下,光栅掩模的槽形.为今后制作符合要求的光栅提供有力依据.     

太赫兹金属双光栅超厚胶光刻工艺

介绍了制备某太赫兹频率真空辐射光栅的超厚胶光刻工艺,针对工艺中的难点(大厚度和高深宽比)展开了深入分析。实验分析了基片处理、涂胶、前烘、曝光、后烘、显影等工艺过程对光刻的影响,通过优化工艺参数,解决了胶膜脱落、开裂,不同胶层间的结合,光栅沟槽间的光刻胶残留等问题,成功制备了厚度为700μm、深宽比为14的侧壁陡直、表面平整的双光栅结构胶膜。     

离子束刻蚀软X射线透射光栅实验研究

利用全息-离子束刻蚀方法研制出了聚酰亚胺薄膜为衬底的金软X射线透射光栅.研究了光栅制作中曝光量、显影条件和离子束刻蚀工艺等因素对光栅参数的影响,并给出了在惯性约束激光核聚变实验研究中的应用结果,     

Formation of holographic diffraction gratings in photoresist

The exposure-development process for the fabrication of holographic diffraction gratings for integrated optics in the positive photoresist Shipley AZ-1350 is theoretically and experimentally investigated. An analysis of the light intensity distribution is carried out, taking into account the reflectivity at the photoresist-substrate interface and the attenuation in the photoresist for two holographic exposure arrangements. The influence of the exposure energy, the development time for a fixed concentration of the developer and the initial photoresist thickness are described. Various grating profiles are calculated for photoresist films, coated on matched and reflective substrates. Scanning electron micrographs demonstrate very good agreement between the actual and calculated gratings profiles.     

Formation of positive and negative anisotropic holographic gratings depending on recording energy in photoreactive liquid crystalline copolymer films

Anisotropic diffractive gratings formed by birefringent molecular alignment are fabricated by a holographic technique using a photo-cross-linkable liquid crystalline copolymer (PLCCP). Depending on the exposure energy used for holographic recording, bright or dark regions of the interference fringe can be chosen for the molecular-aligned region, analogous to positive- and negative-type photoresist processing in photolithography. In conjunction with simultaneously generated surface relief gratings, the anisotropic refractive index modulation inherent in the PLCCP film exhibits different diffraction properties depending on the incident beam polarization. The anisotropic refractive index grating profiles are quantitatively presented for two cases determined by the exposure energy, based on the Fourier analysis of diffractive optics. The selection of different grating formations selected by varying only the exposure energy could provide a strategy for the fabrication of functionalized diffractive optical elements.     

曝光系统离焦对平面全息光栅衍射波前的影响

波前像差是衍射光栅的重要技术指标，它直接影响光栅的分辨率。由光致刻蚀剂记录两束相干光干涉条纹是制作全息光栅的关键步骤。为了提高全息光栅曝光系统调整精度、减小离焦、降低光栅的衍射波前像差，从离焦对反射球面准直镜的准直光平行度的影响程度出发，分析了准直光平行度对全息光栅衍射波前像差的影响。理论分析和数值模拟结果表明，准直镜调整误差直接决定全息光栅衍射波前像差大小。以3种不同刻线密度光栅为例，得出了准直镜调整误差的允许变化范围。     

紫外刻划光栅母版及二代版衍射特性的模拟与分析

运用微分理论对刻线密度为1200 lp/mm的紫外刻划光栅母版及其二代复制版的衍射特性做了模拟,指出了二者之间存在的差异,并与测试结果做了对照。数值模拟表明,紫外刻划光栅二代复制版的衍射特性与其母版略有不同,原因是光栅槽形发生了改变,分别给出了采用多项式拟合槽形函数和傅里叶级数拟合槽形函数的方法。此理论分析方法为澄清光栅复制工艺中的争议完善翻版技术以及寻找提高紫外光栅衍射效率的途径提供了很好的理论参考依据。     

软X射线位相型金透射光栅的设计与制作

根据衍射光栅的标量理论,计算并讨论了金透射光栅在软X波段衍射效率对光栅厚度和占宽比的依赖关系.结果表明,选择合适的光栅槽深和占宽比,高达 21.9%的衍射效率可能被获得,远高于振幅型光栅的+1级衍射效率10.14%.通过全息光刻与电镀转移技术制作的位相型金透射光栅由300nm的聚酰亚胺薄膜支撑,光栅槽深200nm,占宽比为0.55,周期为1μm,面积为20mm×5mm.在国家同步辐射装置上,测得其+1级透射衍射效率在波长λ=7.425nm时获得最大值,约为16%. 关键词： 透射位相光栅 全息光刻 电镀     

TE0导模干涉刻写周期可调亚波长光栅理论研究

通过棱镜耦合激发非对称金属包覆介质波导结构中的TE₀导波模式, 利用两束TE₀模的干涉从理论上实现了周期可调的亚波长光栅刻写. 分析了TE₀模式的色散关系, 刻写亚波长光栅的周期与激发光源、棱镜折射率、光刻胶薄膜厚度及折射率之间的关系. 用有限元方法数值模拟了金属薄膜、光刻胶薄膜和空气多层结构中TE₀导模的干涉场分布. 研究发现, 激发光源波长越短, TE₀ 模干涉刻写的亚波长光栅周期越小; 光刻胶越厚, 刻写的亚波长光栅周期越小; 高折射率光刻胶有利于更小周期亚波长光栅的刻写. 相较于表面等离子体干涉光刻, 基于TE₀ 模的干涉可在厚光刻胶条件下通过改变激发光源、棱镜折射率、光刻胶材料折射率、特别是光刻胶薄膜的厚度等多种方式实现对亚波长光栅周期的有效调控.