本发明专利技术涉及一种微调刻蚀深度空间分布的方法和系统。所述方法包括离子束刻蚀工作流程和运动轨迹计算方法，由于是在以均匀刻蚀的方式加工工件的同时对工件刻蚀深度空间分布进行动态微调，这避免了后续精加工的工序，因此可大大节省工作时间和加工成本。所述系统包括运动控制系统和扫描装置，其中，运动控制系统包括上位机运动控制单元和运动控制箱，扫描装置包括叶片扫描组件和束宽修正双滑门组件。该系统采用模块化设计，可方便集成到不同的离子束刻蚀设备中。
【技术实现步骤摘要】
一种微调刻蚀深度空间分布的方法和系统
本专利技术涉及离子束刻蚀、微细加工和半导体制造等
，具体涉及微调刻蚀 深度空间分布的方法和系统，尤其涉及一种在离子束刻蚀过程中动态微调刻蚀深度空间分 布的方法和系统。
技术介绍
离子束刻蚀是一种微细加工技术，其广泛应用于光学元件、半导体器件和集成电 路的制造工艺流程中。按照不同的工作方式，常用的离子束刻蚀方法可分为三种：第一种是 覆盖式，在刻蚀过程中工件完全置于离子束束流覆盖范围内；第二种是二维扫描式，在刻蚀 过程中束流以光栅扫描方式或螺旋线扫描方式在工件表面进行扫描刻蚀；第三种是直线扫 描式，在刻蚀过程中长条形束流沿一直线横向来回扫描工件表面。其中，第一种方法的加工 效率很高，但可刻蚀的工件尺寸受限于离子束束流的大小，其主要用于小基片的加工，第二 种方法主要用于表面精加工，如面性修正，其加工精度很高，但是加工效率很低，特别是对 于精度要求高或尺寸大的工件，第三种方法采用条形离子源，特别适用于加工大尺寸工件， 其加工效率较高（文献[1]邱克强，周小为，刘颖，等.大尺寸衍射光学元件的扫描离子束 刻蚀[J] ?光学精密工程，2012, 20 (8) : 1676-1683.)。 在传统的离子束刻蚀中，一般都以均匀刻蚀的方式对工件表面进行加工，并希望 最终得到均匀的刻蚀深度空间分布。然而，在很多情况下，特别是在实际工程应用和工业 生产中，往往要求对工件的刻蚀深度空间分布进行微调或修正，比如大尺寸光束采样光 栅（文献[2]Rao H, Liu Y, Liu Z, et al. Chemical mechanical polishing to improve the efficiency uniformity of beam sampling grating[J]. Applied optics,2014, 53 (6) : 1221-1227.)。上文提到的三种方法中只有第二种可直接用于微调工件的刻蚀深度 空间分布，但是这道工序比较耗时且加工成本高。其它两种方法则要借助修正挡板来对束 流在工件上的覆盖范围和覆盖时间进行调整以达到改变工件刻蚀深度空间分布的目的。现 有方法中多使用固定式或滑门式的修正挡板。固定式的挡板常用于提高刻蚀深度空间分布 的均勻性（文献[3]Gnanarajan S. Using masks to obtain uniform ion etch rates [J]. Review of scientific instruments，2002, 73 (4) :1853-1855.),无法就工件刻蚀深度空 间分布进行动态微调。滑门式的挡板适用于制作具有简单刻蚀深度空间分布的工件（文 献[4] Schindler A, Haensel T, Flamm D, et al. Ion beam and plasma jet etching for optical component fabrication [C]. Proc. SPIE. 2001,4440:217.)，此方法的基本原理类 似于上述第二种方法即二维扫描式方法，也比较耗时且加工成本高。如何节省加工时间及 成本又达到微调刻蚀深度空间分布的目的是一个亟待解决的问题，文献中尚未发现相关报 道。 本专利技术的目的在于提供一种在直线扫描式离子束刻蚀过程中动态微调刻蚀深度 空间分布的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术提出了一种微调刻蚀深度空间分布的方法和系统。 本专利技术所述微调刻蚀深度空间分布的方法，其特征在于包括离子束刻蚀工作流程 和运动轨迹计算方法。 所述离子束刻蚀工作流程的步骤包括： 1.束流检测，观察束流强度分布是否稳定，待稳定后才能进行下一步工作； 2.刻蚀前束流强度分布测量； 3.将上一步的束流强度分布测量结果用于再次优化运动轨迹； 4.在再次优化运动轨迹的同时开始扫描装置运行调试和工件平台运行调试； 5.同步控制扫描装置运行和工件平台运行； 6.刻蚀后束流强度分布测量。 所述运动轨迹计算方法的步骤包括： 1.载入设计要求的刻蚀深度空间分布数据； 2.规划扫描路径，看规划后的刻蚀深度偏差是否满足设计要求，达到要求后方能 进入下一步； 3?计算驻留时间； 4.优化运动轨迹，看优化后运动轨迹精度是否足够，若已达标，进入下一步，否则 要多次优化直到精度达到要求； 5.输出电机运行参数表。 本专利技术所述微调刻蚀深度空间分布的系统，其特征在于包括运动控制系统和扫描 装直。 所述运动控制系统，包括上位机运动控制单元和运动控制箱。 所述扫描装置，包括叶片扫描组件和束宽修正双滑门组件，其中，叶片扫描组件是 一个两轴扫描运动机构，束宽修正双滑门组件是调节离子束束流宽度的双滑动门机构。 本专利技术提出了一种在离子束刻蚀过程中动态微调刻蚀深度空间分布的方法，也就 是说，在以均匀刻蚀的方式加工工件的同时对工件刻蚀深度空间分布进行动态微调，这避 免了对刻蚀后的工件进行精加工的工序，从而可大大节省工作时间和加工成本。 本专利技术还提出了一种微调刻蚀深度空间分布的系统，它采用模块化设计，可方便 地集成到不同的离子束刻蚀设备中，具有广泛的应用前景。 【附图说明】 图1是离子束刻蚀工作示意图； 图2是工件平台示意图； 图3是叶片扫描组件示意图； 图4是束宽修正双滑门组件示意图； 图5是叶片形状示意图； 图6是系统组成示意图； 图7是离子束刻蚀工作流程图； 图8是运动轨迹计算程序框图； 图9 (a)是叶片投影扫描路径示意图1 ; 图9 (b)是叶片投影扫描路径示意图2 ; 图10是规划扫描路径的方法示意图； 图11是梯形速度-时间曲线和驻留时间S型曲线的对应关系示例图； 图12是运动轨迹优化示例图。 【具体实施方式】 现在将结合附图和具体实施例来详细描述本专利技术。图中相同的序号标记指示同一 部件或相似项目。图示及其描述在本质上是示意性的，而非限制性的，因此，与本文所示方 法和系统相似的不同实现应被视为属于本专利技术和所附权利要求的保护范围。 首先，介绍离子束刻蚀工作过程中的基本情况。 参见图1，在离子束刻蚀工作过程中，离子束流9从条形离子源1发射出后，经过束 宽修正双滑门组件52和叶片扫描组件51，最后到达工件平台4和工件6表面。在此过程 中，离子束流9被束宽修正双滑门组件52的滑动门2限制到指定宽度d (注意离子束有一 定的发散角，落到工件表面的束流宽度可能大于此值），叶片扫描组件51的叶片3遮挡部分 离子束流，从而在工件6表面形成叶片投影7。 参见图2,在离子束刻蚀工作过程中，固定在工件平台4上的工件6随着工件平台 4做横向往复直线运动。 参见图3,叶片扫描组件51包括叶片3、垂直导轨5、滑块8和驱动电机等。在离子 束刻蚀工作过程中，滑块8沿叶片扫描组件的垂直导轨5上下移动，安装在滑块8上的叶片 3在电机驱动下可自由旋转。而在具体实施中，旋转角度0也可被限制在一定的角度范围 内，如（0, Jr /2]，叶片绕其主轴做摇摆运动。 需本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微调刻蚀深度空间分布的方法，其特征在于：包括离子束刻蚀工作流程和运动轨迹计算方法；所述离子束刻蚀工作流程的步骤包括：1)束流检测，观察束流强度分布是否稳定，待稳定后才能进行下一步工作；2)刻蚀前束流强度分布测量；3)将上一步的束流强度分布测量结果用于再次优化运动轨迹；4)在再次优化运动轨迹的同时开始扫描装置运行调试和工件平台运行调试；5)同步控制扫描装置运行和工件平台运行；6)刻蚀后束流强度分布测量；所述运动轨迹计算方法的步骤包括：1)载入设计要求的刻蚀深度空间分布数据；2)规划扫描路径，看规划后的刻蚀深度偏差是否满足设计要求，达到要求后方能进入下一步；3)计算驻留时间；4)优化运动轨迹，看优化后运动轨迹精度是否足够，若已达标，进入下一步，否则要多次优化直到精度达到要求；5)输出电机运行参数表。
【技术特征摘要】
1. 一种微调刻蚀深度空间分布的方法，其特征在于：包括离子束刻蚀工作流程和运动 轨迹计算方法； 所述离子束刻蚀工作流程的步骤包括： 1) 束流检测，观察束流强度分布是否稳定，待稳定后才能进行下一步工作； 2) 刻蚀前束流强度分布测量； 3) 将上一步的束流强度分布测量结果用于再次优化运动轨迹； 4) 在再次优化运动轨迹的同时开始扫描装置运行调试和工件平台运行调试； 5) 同步控制扫描装置运行和工件平台运行； 6) 刻蚀后束流强度分布测量； 所述运动轨迹计算方法的步骤包括： 1) 载入设计要求的刻蚀深度空间分布数据； 2) 规划扫描路径，看规划后的刻蚀深度偏差是否满足设计要求，达到要求后方能进入 下一步； 3) 计算驻留时间； 4) 优化运动轨迹，看优化后运动轨迹精度是否足够，若已达标，进入下一步，否则要多 次优化直到精度达到要求； 5) 输出电机运行参数表。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离子束刻蚀工作流程中的束流检测进行 两次或多次，观察束流强度分布是否稳定；离子束刻蚀工作流程中的刻蚀前束流强度分布 测量进行一次或更多次，将多次测量结果取平均值作为测量结果；若束流强度分布足够均 匀稳定，离子束刻蚀工作流程中的再次优化运动轨迹不进行。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，运动轨迹计算方法中规划路径的过程分 为分组、均匀化和叠加三个步骤。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，运动轨迹计算方法中计算驻留时间的步 骤为：首先，计算各个刻蚀深度带对应的轮廓线即刻蚀时间分布曲...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴丽翔，邱克强，付绍军，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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