等离子体刻蚀工艺中的光学发射光谱仪数据的模型研究

原位光学发射光谱仪（OES）已经成为等离子体刻蚀工艺控制过程中的一种非常有潜力的在线传感器系统。采用光谱仪实时采集高密度等离子体刻蚀机中的OES光谱数据，利用BP神经网络算法对特定波长的OES数据进行分析及建模，以便对等离子体刻蚀工艺过程进行反馈控制。由刻蚀产物SiCl发出的405nm谱线被选为特征谱线来确定刻蚀工艺过程的终点。     

发射光谱法在等离子体刻蚀废气微量F元素检测中的应用研究

以CF4Ar为等离子体刻蚀废气的模拟气体 ,利用发射光谱法分析F。含氟废气中 F原子的发射光谱在6 0 0— 80 0 nm波段内的谱线为 6 97.5 nm和 739.5 nm。研究了电感耦合等离子体放电时射频功率对F元素检测的影响 ,表明提高射频功率可降低 F元素检出限。     

等离子体的光电转换以及激光刻蚀金纳米颗粒(英文)

Anewtechnologyforthedevelopmentofop icandphotonicdevicesandsystemstakingad antagesofextraordinaryenhancementandlocal ationofsurfaceplasmonmaybecalledas“plas onics”.Anoteworthycharacteristicofgold anoparticlesisthattheyshowstrongabsorption andsinthevisib…     

等离子体刻蚀工艺的物理基础

介绍了等离子体刻蚀工艺背景以及有关等离子体刻蚀机理的研究进展，综述了等离子体刻蚀机理的研究方法，着重阐述了电容耦合放电和电感耦合放电等离子体物理特性，特别是双频电容耦合放电等离子体和等离子体鞘层研究中的关键问题。     

等离子体刻蚀工艺的物理基础

介绍了等离子体刻蚀工艺背景以及有关等离子体刻蚀机理的研究进展,综述了等离子体刻蚀机理的研究方法,着重阐述了电容耦合放电和电感耦合放电等离子体物理特性,特别是双频电容耦合放电等离子体和等离子体鞘层研究中的关键问题.     

非晶含氢碳膜的氧等离子体刻蚀性能研究

用苯作气源,采用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积方法制备了非晶含氢碳膜,并在该系统上用氧等离子体对这些碳膜进行了刻蚀性能的研究.实验中,测量了碳膜在不同氧压强、流量和微波功率下的刻蚀速率,研究了膜的沉积速率与它的刻蚀速率之间的关系.结果表明,膜的刻蚀速率与膜的生长条件密切相关;在低沉积速率下生长的非晶碳膜的刻蚀率低于常用的Novolak光刻胶.这种碳膜具有较强的耐刻蚀性能,可以用作微电子器件制造中的掩膜材料. 关键词：     

离子束平动刻蚀工艺衍射光学元件的设计及制作

提出了一种用于制作二维光束整形衍射光学元件的新方法———离子束平动刻蚀工艺。分别介绍了利用这种新方法设计衍射光学元件的原理、设计过程以及刻蚀工艺系统的构成和掩模板的设计方法。结果表明 ,这种新的工艺方法不拘泥于圆对称系统 ,不但继承了离子束旋转刻蚀工艺的位相真正连续分布的优势 ,而且所制作出的衍射光学元件 ,即使对于半导体激光器所产生的两个方向发散角不同的激光束来说也仍然可以进行整形 ,并最终能得到矩形焦斑。这种工艺方法的理论设计也可以从二维化简为两个一维的设计 ,从而大大简化了设计计算的复杂程度     

聚合物光波导的等离子体刻蚀工艺研究

等离子体干法刻蚀是聚合物光波导制备过程中一项关键工艺.利用感应耦合等离子体各向异性刻蚀工艺制备了聚合物脊形结构波导,研究了不同工艺参量(源功率、偏置功率、刻蚀腔室压强以及气体组分)对脊形波导刻蚀速率的影响.利用扫描电子显微镜对刻蚀后波导高度、侧壁垂直度及表面粗糙度进行分析,得到了高刻蚀速率和低粗糙度的优化工艺条件.实验...     

氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的影响机理

采用电子回旋共振（ECR）等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积（CVD）金刚石膜,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断,研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明：磁场由发散场向收敛场转变时,离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大,刻蚀效果逐渐增强;当工作气压由低气压向高气压变化时,等离子体参数先增大后减小,CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。     

氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的影响机理

采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断,研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明:磁场由发散场向收敛场转变时,离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大,刻蚀效果逐渐增强;当工作气压由低气压向高气压变化时,等离子体参数先增大后减小,CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。     

Automation of a Mass Flow Controller for Application in Time‐Multiplex SF6+CH4 Plasma Etching of Silicon

In this work is proposed the automation of a gas injection (mass flow) system in order to generate timemultiplex SF₆/CH₄ radiofrequency plasma applied for silicon (Si) etching process. The control of the gas injection system is important in order to better control the process anisotropy, i.e., the high‐aspect‐ratio of mask pattern transfer to substrate surface. In other words, this control allows the attainment of deep Si etching process. Here, the automation of the gas injection system was realized through the interface between a computer and a data acquisition board. The automation software developed allows controlling the gas flow rate switching it on and off during whole process through the use of a square waveform routine, intermittent flow, beyond the conventional condition of a fixed value for gas flow rate, continuous flow. In order to investigate the time‐multiplex SF₆/CH₄ plasma etching of Si, the residual gas analysis was performed. The investigations were made keeping the following process parameters: flow of SF₆: 10 sccm, flow of CH₄: 6 sccm, 100 W rf power, wave period: 20 sec. It were monitored the partial pressure of SF⁺ ₅ (parent neutral specie: SF₆), CH⁺₄ (CH4) and SiF+ ₃ (SiF4) species as a function of time for different gas flow switching and duty cycle. The results showed that with the generation of plasma occurs a drastic change in behavior of partial pressures of SF⁺ ₅ and CH⁺₄ species. Moreover, it is evidenced that the interactions between the SF₆ and CH₄ fragments promotes a high production rate of HF molecule and consequently a decrease of atomic fluorine, mainly when plasma is on. Finally, the behavior of partial pressure of SiF⁺ ₃ specie for alternatively intermittent SF₆ and CH₄ flow operation shows us that both the etching processes and the deposition of a polymer passivation layer are occurring alternatively, a desirable feature for multi‐step etching process (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

基于平板波导的小型红外光栅光谱仪光学设计

为实现红外光谱仪器的小型化,通过分析现有小型光谱仪,提出了一种基于平板波导的小型红外光栅光谱仪的设计方法。平板波导光谱仪的小型化原理与一般的微小型光谱仪不同。在平板波导光谱仪中,光束被限制在一层薄薄的平板波导介质中传播,看起来像是整个光学系统被压扁了。在垂直于平板波导的方向上光学元件的尺寸可以做到很小,从而显著减小光学系统的尺寸。该系统的设计可分为Czerny-Turner结构设计、波导结构设计。先根据像差理论设计Czerny-Turner结构,目标是保证光谱分辨率及校正像差;然后根据几何光学理论设计波导结构,包括平板波导和两个柱面透镜,目标是压缩光束并校正像散;最后将它们输入Zemax软件中进行综合优化,以获得最优的光学系统。据此方法设计了一个平板波导红外光栅光谱仪,工作波段为8~12 μm,数值孔径为0.22,采用线阵探测器。通过Zemax软件对结果进行分析和评价,表明仪器光学系统的尺寸为130 mm×125 mm×20 mm,工作波段内光谱分辨率达到80 nm,满足设计指标要求。证明了该优化设计方法是可行的,所得系统尺寸小、性能高。     

太阳极紫外成像光谱仪光学系统设计与分析

针对太阳极紫外成像光谱仪的应用目的与工作环境,设计了一种太阳极紫外成像光谱仪的光学系统.该系统由望远系统、狭缝、光栅与探测器组成.望远系统采用离轴WolterⅡ型结构,入射光掠入射进入系统,具有光谱范围宽、稳定性高、克服恶劣空间环境能力强等优点.扫描镜采用平面反射镜,成像质量不随扫描角的改变而改变.分光光栅采用超环面3 600lines/mm变间距光栅,与超环面等间距光栅相比,具有成像质量高、光谱分辨率高、缩短系统长度的优势.工作波段为17.0～21.0nm,可满足探索温度在5.8≤log T≤6.3区间的宁静日冕的需要.视场为1 228″×2 400″,空间分辨率达到0.8arc second/pixel,光谱分辨率约为0.001 98nm/pixel,总长度不超过2.5m.计算了望远系统的理论有效面积,给出了望远系统的成像质量与实际的视场.系统整体的成像质量、光栅的谱线弯曲与谱带弯曲,均满足实际应用要求.     

基于超表面的多光谱成像系统设计

超表面是一种人工制造的亚波长结构阵列平面,重量轻,易集成,可实现多种功能,被广泛应用于诸多领域。传统光谱成像系统依赖于色散元件及光程累积相位差实现不同波长的色散与聚焦,无法满足系统集成化需求。不同于传统光学元件依赖电磁波在介质中传播累积相位差,超表面依靠界面相位变化来进行相位调控,可实现十分轻薄的光学系统。研究传输相位型超表面,使用时域有限差分算法(FDTD算法)优化单元结构。将超表面引入光谱成像系统中,通过优化亚波长结构尺寸,进行结构排布,开展超表面光谱成像系统研究,实现多波长色散与聚焦独立调控。利用该方法,扫描不同单元结构参数对相位的影响,依照聚焦的相位分布针对不同波长设计对应的位相分布,仿真实现了一个波段范围为510～720 nm,焦距为2 mm,谱段数为八个的超表面多光谱成像系统。通过电磁仿真软件FDTD solutions和数据处理软件计算全模结构电场的远场分布,并分析了系统的成像性能。相比于传统光栅或棱镜分光结构,超表面光谱成像系统可有效减小系统体积,其超轻、超薄、便携特点解决了现有光谱成像系统的应用局限性,为小型化、轻量化光谱成像系统的研制提供了一种新的解决方案。     

静动结合的化学腐蚀法制备近场光学探针的理论分析

理论上分析了静动结合的化学腐蚀法制备探针的具体机理及过程。在静态腐蚀的过程中, 利用流体力学Young-Laplace方程的一级近似解获得了光纤插入到HF酸中形成的新月形高度。在动态腐蚀过程中, 详细分析了当静态腐蚀时间和动态腐蚀时间分别取不同值时, 光纤移动速度对光纤探针结构的影响。利用此法可制备出尖端锐利、大锥角或多锥体等各种结构的光纤探针。这为实验上制备出性能优良的探针, 为拓宽扫描近场光学显微镜的应用范围奠定基础。将上述理论分析的结果与本文实验中所得初步结果进行了比较, 所得结果一致。     

紧凑型图像复分光谱成像系统光学设计及优化

从图像复分光谱成像系统的图谱输出理论模型出发,对已有16波段系统进行改进,研究了大相对孔径和结构紧凑型系统.模拟实现了16波段成像的整体设计与优化,对棱镜分光易造成图谱图像区域混叠问题进行了分析.采用光谱成像系统匹配结构形式,利用Zemax-EE的多重结构特性,设计了视场为±1.25°,相对孔径达到1∶3,系统结构尺寸约为220mm的图像复分光谱成像仪系统,且各个波长光学传递函数值均大于0.75.与已有等同空间分辨率的16波段图像复分光谱成像系统比较,所设计系统结构紧凑、衍射极限和通光能力明显改善、光谱质量大幅提高,可满足小型化需求.该研究为新型快照式光谱成像技术的理论研究和图像复分光谱成像仪的光学系统设计提供了依据.     

转镜式傅里叶变换光谱仪光程差非线性的拟合法补偿

转镜式傅里叶变换光谱仪中光程差非线性带来了干涉图周期变化和相位误差,对非线性的拟合法补偿利用采样得到的干涉图进行重构,得到不含相位和周期误差的干涉图,再按照均匀采样函数对干涉图进行二次采样,消除非线性光程差对复原光谱的影响.经过二次采样的干涉图不含周期和相位误差,可以直接使用现有的软件进行光谱复原.计算机仿真实验证明这种方法行之有效,且利用4次多项式拟合干涉图效果更好.     

脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究

脉冲等离子体推力器(pulsed plasma thruster, PPT)具有体积小、重量轻、比冲高等优点,特别适合作为执行微小卫星轨道转移、阻力补偿和姿态控制等任务的推进系统。为了深入理解PPT推力产生的机理,本文对采用具有张角的舌型极板的尾部馈送式PPT等离子体羽流开展了时空分辨光谱诊断研究。通过对光谱数据的分析发现： 等离子体羽流的主要成分为C,F,C+,F+,C2+,还含有少量的由于极板烧蚀产生的Cu+和Cu2+;等离子体在放电通道内的分布不均匀,通道中心的等离子体浓度最大,靠近阳极板的等离子浓度要明显大于靠近阴极板的等离子体浓度;在不同位置处等离子体成分也具有较大差别,F+和中性粒子主要分布在靠近阳极侧的区域;通过对各个分立谱线进行多普勒线性拟合,得到了放电通道内等离子体温度信息;以中轴线靠近工质的观测点为例,对该点在整个放电过程中不同时刻的谱线进行分析,得到了该点等离子体的具体演化过程,发现在放电的不同阶段羽流成分及各组分所占比例差别较大。     

面向生物过程的阿达玛变换近红外光谱仪

对生物过程中营养物质的消耗进行监测,有利于控制微生物的生长环境,使其始终处于最佳生长条件,从而使目标产物的产量最大化。针对酵母培养液中甘油、甲醇和葡萄糖含量的监测需求,研制了一种基于阿达玛变换(hadamard transform,HT)技术的近红外光谱仪。该光谱仪使用自主改进设计的近红外原位探头进行光谱信号的收集,采用数字微镜(digital micro-mirror devices,DMD)进行阿达玛模板的编码调制,配合自主开发的光谱采集软件和光谱分析处理软件,实现了培养液中营养物含量的实时监测。给出了光谱仪的光路设计、近红外原位探头改进设计、硬件电路和软件模块的设计。通过实验测得该光谱仪的杂散光为0.875%,波动率为±4.28%。利用该光谱仪对一系列标准浓度的甘油水溶液进行光谱采集和数学建模,实验结果表明该仪器测量准确,能够满足生物过程监测的要求。