[发明专利]一种光栅掩模与硅片{111}晶面的对准方法

说明书

本发明提供了一种光栅掩模与硅片{111}晶面的对准方法，包括以下步骤：A)在硅片上制作具有光栅衍射特性的多个对准标志图形，各对准标志图形具有与所述硅片的定位边平行的两长边；B)将步骤A)得到的硅片进行湿法刻蚀，使所述对准标志图形的长边沿着硅片的{111}晶面截止，得到具有多个第一对准标志图形的硅片；C)定位表征光栅掩模的基准线，采用激光照射所述多个第一对准标志图形的长边，得到所述多个第一对准标志图形的长边的衍射斑，将所述基准线与所述衍射斑重合。该对准方法只需要制作一次对准标志图形，无需显微镜观察比较，便可零误差定位{111}晶面，并利用其衍射特性进行表征。该方法对准总误差≤±0.016°。

技术领域

本发明涉及光栅掩模制作的微细加工技术领域，尤其涉及一种光栅掩模与硅片{111}晶面的对准方法。

背景技术

高性能X射线透射光栅在激光惯性约束核聚变(ICF)和天文观测等重要领域有着刚性需求，其具有高线密度和高衍射效率的特点，要求光栅槽型保持高深宽比以及光滑的衍射面。各向异性湿法刻蚀是硅基透射光栅制备的重要技术，其中光栅掩模与硅片{111}晶面的对准精度决定了横向刻蚀的速率和侧壁的粗糙度。对准精度越高，侧壁越光滑，横向刻蚀速率越小，对于高深宽比的硅光栅，工艺宽容度也越高。

目前，光栅掩模与硅片{111}晶面的对准方法通常采用扇形或圆形标志刻蚀出{111}晶面，再用相应的定位与表征方法与光栅掩模对准。

MIT空间纳米技术实验室利用扇形标志湿法刻蚀方法结合电子显微镜在<110>硅片上定位横向刻蚀宽度最小的矩形条垂直{111}晶面，再通过位置敏感探测器，使干涉条纹与之对准，完成掩模制作。该对准方法，仅适用于复杂的扫描光束干涉系统，且由于靠近垂直{111}晶面的许多矩形条横向刻蚀宽度相近难以分辨，使垂直{111}晶面的定位误差在0.1°左右，占总误差的90％。另一种对准方法是利用扇形标志湿法刻蚀方法定位出<110>硅片的垂直{111}晶面，并在硅片上制作出与其平行的参考光栅，在光路中使参考光栅与干涉条纹对准。该方法得到了较高的对准精度，不针对特定系统，较为普适。但依然采用显微镜寻找横向刻蚀宽度最小的扇形条来定位{111}晶面，人工定位误差占总误差的75％；且用了两次光刻完成参考光栅的制作，耗时长，过程繁琐，对准标志占用单晶硅的面积大，工艺有待优化。

利用圆形标志湿法刻蚀出六边形定位{111}晶面的方法也被广泛应用于大周期的光栅掩模制作中，但受限于圆形标志的尺寸，该方法误差较大在0.2°左右，不适用于高线密度透射光栅的制作。

现有的对准方法中，均是采用三步走的思路，即：第一步-定位晶向，利用圆形或扇形等标志刻蚀出{111}晶面，再用显微镜等手段寻找代表晶向的线条，并将其定位成垂直{111}晶面；第二步-表征晶向，利用该线条代表{111}晶面，制作与其平行的参考光栅或直接扫描跟踪，将{111}晶面表征；第三步-掩模对准，将表征{111}晶面的参考光栅或单根线条与代表着光栅掩模方向的干涉条纹等对准，从而完成光栅掩模与{111}晶面的对准。上述步骤中，定位晶向是误差的主要来源，占总误差的70％以上，可操作性差，需要利用显微镜反复寻找比较，费时费力，且精度很难提高。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种超高精度光栅掩模与硅片{111}晶面的对准方法。

有鉴于此，本申请提供了一种光栅掩模与硅片{111}晶面的对准方法，包括以下步骤：

A)，在硅片上制作具有光栅衍射特性的多个对准标志图形，各对准标志图形具有与所述硅片的定位边平行的两长边；

B)，将步骤A)得到的硅片进行湿法刻蚀，使所述对准标志图形的长边沿着硅片的{111}晶面截止，得到具有多个第一对准标志图形的硅片；