本發(fā)明涉及一種光柵制作的方法，特別涉及一種利用電子束蝕制作高頻光柵的方法。

背景技術(shù)：
將兩個(gè)柵線重合后，當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者任一柵中柵線節(jié)距增大或減小時(shí)，則一個(gè)柵的不透明部分將遮蓋住另一個(gè)柵的透明部分，形成比原來寬得多的不透明暗帶，同時(shí)在兩個(gè)透明部分重合的地方，將形成透明的亮帶，出現(xiàn)明暗相間的條紋，稱為云紋。幾何云紋法是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種全場(chǎng)變形光測(cè)方法，此方法運(yùn)用頻率為100線/mm至10線/mm的粗光柵進(jìn)行變形測(cè)量，在宏觀物體的大變形測(cè)量方面發(fā)揮了重要作用。電子束云紋法是20世紀(jì)90年代以來興起的一種新型高靈敏度變形測(cè)量技術(shù)。該方法保留了云紋法的所有特點(diǎn)，且可通過改變電鏡的放大倍數(shù)而實(shí)時(shí)地改變物體的測(cè)量范圍。電子束云紋法可應(yīng)用40線/mm至10000線/mm的光柵進(jìn)行變形測(cè)量，由于它具有顯微測(cè)量的特點(diǎn)，適合測(cè)量微區(qū)(如界面或裂紋尖端)的變形，且具有較高的位移測(cè)量靈敏度，是一種有發(fā)展前景的細(xì)微觀光測(cè)力學(xué)方法。電子束云紋法盡管在實(shí)驗(yàn)方法的改善和應(yīng)用方面在不斷提高，但仍然存在一些問題。自從這種方法被提出，但之后相關(guān)的研究報(bào)道較少。主要原因是對(duì)于掃描電子束顯微鏡獲得光柵和產(chǎn)生云紋圖需要特殊的光速掃描控制裝置(電子束圖型發(fā)生器和電子束掩膜板)，對(duì)于控制電子束掃描過程是一個(gè)特定設(shè)計(jì)的裝置，因?yàn)橹挥泻苌俚膾呙桦娮语@微鏡裝備這種裝置，因此電子束云紋法的使用受到限制。同時(shí)，在電子束云紋法中制柵存在較大的誤差。光柵實(shí)際是電子束掃描的痕跡，這些掃描痕跡近似是直線但帶有波動(dòng)，波動(dòng)的寬度取決于掃描電鏡的工作條件(參數(shù))，這些波動(dòng)導(dǎo)致光柵間距出現(xiàn)誤差，降低了電子束云紋法的測(cè)試精度。因此減少光柵間距誤差對(duì)于電子書云紋法非常重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
基于上面提到的這些問題，本發(fā)明提出了一種可以用于普通掃描電子顯微鏡制作高頻光柵的多次掃描電子束刻蝕法。該方法不需要裝備光速掃描控制裝置(電子束圖型發(fā)生器和電子束掩膜板)，而可以使用普通的掃描電子顯微鏡制備出高精度的高頻光柵，從而使得電子束云紋法應(yīng)用更加便利，有利于這種方法更廣的范圍內(nèi)得到應(yīng)用。傳統(tǒng)的電子束刻蝕光柵是有掃描電子顯微鏡、光束控制器和記錄設(shè)備組成。光束控制器可以在掃描區(qū)域控制遮擋值(未曝光形成暗線)和未遮擋值(曝光形成亮線)，從而得到周期性結(jié)構(gòu)(光柵)，通過在光束控制器中設(shè)置的遮擋值和未遮擋值改變暗線和亮線的數(shù)量，光柵的間距就可由光束控制器控制。同時(shí)，電子束感光膠的曝光時(shí)間是由掃描速度決定的，而光速掃描控制器可以控制掃描速度，從而來控制刻蝕光柵的曝光時(shí)間。而本發(fā)明的多次掃描電子束刻蝕法，不需要光束控制器，光柵間距由掃描電子顯微鏡的放大倍數(shù)控制，通過實(shí)驗(yàn)可確定二者之間的關(guān)系式；曝光時(shí)間通過掃描次數(shù)來控制，即掃描次數(shù)少，曝光時(shí)間就少，電子束感光膠受到的曝光量就小，掃描次數(shù)多，曝光時(shí)間就多，電子束感光膠受到的曝光量就大。并且，研究中還發(fā)現(xiàn)，由于電子的波動(dòng)性，導(dǎo)致單次掃描方法所制作的光柵間距難以避免的存在一定的不可控的誤差，而是使用多次電子束掃描的方法代，通過對(duì)同一位置的重復(fù)掃描，各次掃描的蝕刻線相互重復(fù)疊加，一定程度上減少電子的波動(dòng)性所帶來的制作誤差，重掃描的次數(shù)越多，這種誤差越小，從而可以系統(tǒng)地降低制作光柵的間距誤差，有利于提高電子束云紋法的測(cè)量精度。多次掃描電子束刻蝕法制作光柵的工作參數(shù)較多，包括掃描電鏡的加速電壓、探針電流、工作距離、放大倍數(shù)、掃描模式和掃描次數(shù)。其中，光柵頻率是與掃描電子顯微鏡的放大倍率成比例的，通過變換掃描電子顯微鏡的放大倍率，能夠獲得不同頻率(即不同間距)的光柵。本發(fā)明的發(fā)明人通過反復(fù)試驗(yàn)，摸索出了一整套工作參數(shù)，成功地實(shí)現(xiàn)了10000線/mm的光柵的制備。本發(fā)明的方法包括如下步驟：1.打磨、拋光基片表面的粗糙程度對(duì)光柵質(zhì)量有較大影響，基片表面打磨粗糙度應(yīng)達(dá)到0.01線(0.1微米)。如達(dá)不到這一指標(biāo)，可通過拋光達(dá)到。2.清洗將基片依次用丙酮和乙醇超聲波清洗中，以充分去除基片表面的污染物。3.涂膠在基片表面旋涂電子束感光膠，并將涂好膠的基片烘干。在電子束刻蝕法制柵中，最常用的電子束抗蝕劑有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系列，東京東化(TokyoToray)的EBR系列和日本Zeon公司的ZEP系列。4.曝光(掃描)將基片放入掃描電鏡的載物臺(tái)上，選定電鏡參數(shù)，包括加速電壓、探針電流、工作距離、掃描次數(shù)和放大倍數(shù)。5.顯影、定影和漂洗使用顯影、定影藥液對(duì)曝光后的基片完成顯影、定影，之后用去離子進(jìn)行漂洗。一般根據(jù)所用的膠的類型選擇生產(chǎn)廠家提供的商用顯影、定影藥液即可，為了獲得更好的顯影效果，可以通過優(yōu)選對(duì)比實(shí)驗(yàn)確定出優(yōu)化的顯影參數(shù)。在完成顯影、定影后。用去離子水對(duì)所制光柵進(jìn)行漂洗。6.鍍金經(jīng)顯影和定影后，在基片上鍍一層金屬膜?？梢詰?yīng)用真空蒸發(fā)鍍膜法或?yàn)R射法進(jìn)行鍍膜。鍍金的目的是傳導(dǎo)試件表面的電荷，以便在SEM中觀察的更清楚。其中，上述第4步中的電鏡工作參數(shù)為：加速電壓20-22KV，探針電流30-75nA，工作距離10-7mm，掃描次數(shù)64-24，光闌號(hào)1-3號(hào)，放大倍數(shù)370-2700。附圖說明圖1為本制備方法的工藝流程圖圖2為光柵間距與放大倍數(shù)的關(guān)系圖圖3為頻率10000線/mm正交光柵圖4為頻率13000線/mm平行光柵具體實(shí)施方式采用日立S-4000N型掃描電鏡制作光柵。清洗時(shí)，先用丙酮超聲清洗10分鐘，再用乙醇超聲清洗10分鐘。感光膠選用日本Zeon公司生產(chǎn)ZEP系列的NipponZeonZEP-52022，采用勻膠機(jī)2500轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)60秒。將涂好膠的試件放入200℃的烘箱中烘干30分鐘。使用ZED-N50溶液顯影60秒，再放入ZMD-B溶液中定影30秒，接著用去離子水漂洗60秒，然后用清潔氣體吹干。作多次掃描光柵的掃描電鏡參數(shù)包括加速電壓、探針電流、工作距離、放大倍數(shù)、掃描模式和掃描次數(shù)，其中電鏡放大倍數(shù)決定柵線間距，而加速電壓、探針電流、工作距離、掃描模式和掃描次數(shù)決定曝光量，即柵線質(zhì)量。1.放大倍數(shù)的確定K為掃描電鏡圖象放大倍數(shù)，其定義為入射電子束作光柵掃描時(shí)顯象管熒光屏邊長(zhǎng)(掃描寬度)與電子束在試樣上相應(yīng)方向掃描寬度之比。因顯象管熒光屏尺寸一定，只要改變電子束在試樣表面的掃描寬度，就可連續(xù)地幾倍、十幾倍直至十幾萬(wàn)倍改變圖象放大倍數(shù)。掃描電鏡SEM放大倍數(shù)K越大，電子束在試樣上相應(yīng)方向掃描寬度越小，放大倍數(shù)K與電子束在試樣上相應(yīng)方向掃描寬度成反比關(guān)系。而電子束在試樣表面的掃描寬度即為光柵間距Pe，因此光柵間距Pe與SEM放大放大倍數(shù)K具有反比關(guān)系。光柵間距Pe和電鏡放大倍數(shù)K的關(guān)系如圖2所示。通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，光柵間距和放大倍數(shù)成反比，隨放大倍數(shù)的增大，光柵間距在減少，即要想獲得高頻光柵，需要較大的放大倍數(shù)。光柵間距Pe和電鏡放大倍數(shù)K的關(guān)系能夠用下式表達(dá)：Pe＝A1*exp(-K/t1)+A2*exp(-K/t2)+K0(1)式中：A1、A2、t1、t2、K0為常數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，最終確定在日立S-4000N型掃描電鏡中：A1＝1496.6383，A2＝380.1463，t1＝211.0349，t2＝3629.0103，K0＝102.50392.掃描模式確定S-4000N型掃描電鏡的掃描模式分為TV、快速掃描和慢速掃描?？焖賿呙枘Ｊ焦鈻刨|(zhì)量明顯高于慢速掃描，這是因?yàn)楦叩膾呙杷俣群投嗟膾呙璐螖?shù)可以降低光柵誤差，因此選擇快速掃描模式。3.加速電壓和工作距離電鏡加速電壓的范圍在0.3-30KV，其值越大，電子束能量越大，反之亦然。掃描電鏡的分辨率隨加速電壓增大而提高，但其襯度隨電壓增大反而降低，并且加速電壓過高污染嚴(yán)重，所以一般在20kV下進(jìn)行初步觀察，而后根據(jù)不同的目的選擇不同的電壓值。工作距離指從物鏡到樣品最高點(diǎn)的垂直距離。如果增加工作距離，可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場(chǎng)深。如果減少工作距離，則可以在其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率。通常使用的工作距離在5毫米到10毫米之間。4.探針電流和掃描次數(shù)電流大小由單位時(shí)間內(nèi)通過的電子數(shù)表示，探針電流可以反映電子束的強(qiáng)度；在條件(放大倍數(shù)、加速電壓、工作距離)相同的情況下，探針電流高，掃描電子束強(qiáng)度高，試件表面的電子束感光膠容易曝光過度；探針電流低，掃描電子束強(qiáng)度低，可能會(huì)導(dǎo)致電子束感光膠曝光不足。S-4000N電鏡探針電流在0-100nA范圍內(nèi)可調(diào)。在S-400N電鏡快速掃描模式中，可在16(幀平均)至1024(幀平均)之間選擇幀數(shù)，使用幀平均模式進(jìn)行圖像生成。幀數(shù)越多，生成圖像的時(shí)間越長(zhǎng)，電子束在樣品的每個(gè)物點(diǎn)上持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，容易導(dǎo)致試件表面的電子束感光膠曝光過度；反之，易出現(xiàn)曝光不足。5.光闌號(hào)數(shù)光闌號(hào)數(shù)越小，電子束直徑越大，電子束能量越大；反之光闌號(hào)數(shù)越大，電子束直徑越小，電子束能量越小，電子束能量小，就像拿了一根細(xì)鉛筆，用的力量小，畫出的線也不清晰。制作超過7000線/mm的高頻光柵，其技術(shù)上的主要困難是掃描電子顯微鏡的電子束的直徑要細(xì)，分辨率要高。本發(fā)明中選用3號(hào)光闌，電子束的直徑更細(xì)，束流更穩(wěn)定，因此可以制作出頻率更高的光柵。(文獻(xiàn)1中并沒有給出光闌這個(gè)參數(shù)的選擇。因此，在放大倍數(shù)確定后，選擇合適的加速電壓、工作距離、探針電流、掃描次數(shù)和光闌號(hào)才能制作出質(zhì)量高誤差低的光柵。表1給出多次掃描電子束制柵參數(shù)。表1多次掃描制柵參數(shù)圖3至圖4所示分別為頻率10000線/mm的正交光柵、頻率13,000線/mm平行光柵的結(jié)構(gòu)圖?？梢钥吹?，這些光柵具有一致的間距，柵線筆直，對(duì)比度較高，缺陷較少。毫無疑問這些光柵可以用做電子束云紋法測(cè)量光柵來使用。