30 July 2020  |  Stephanie Baclet

刻蚀倾斜结构时需考虑的三大因素

与传统的垂直光栅工艺相比，制作倾斜式表面浮雕光栅（SRGs）将面临一些特殊的工艺挑战。

制造商必须严格控制制造容忍度，以确保所制备的产品能够提供与设计的波导模拟结果相一致的光学效率。

基于我们在增强现实（AR）应用中刻蚀倾斜光栅的专业知识，我们将分享获得高质量倾斜结构首先需要满足的三点要求。

倾斜角度是如何被定义的？以及如何控制其平行性？

由于倾斜结构，该过程极易受到离子偏转的影响，导致非对称性刻蚀，从而失去对倾斜角度的控制。

AR应用中SRGs的SEM图像

但是，并非所有技术都是合适的。基于等离子体的相当多工艺技术，要么复杂、成本高昂，要么无法保证良好的刻蚀速率和大面积的形貌均匀性。

离子束刻蚀提供了一种调控物理-化学刻蚀方向性的较佳方案。相比其他等离子体技术，离子束刻蚀工艺要在低得多的气压环境下运行。这样可以减少气体扩散，更好地控制刻蚀形貌。

什么是均匀工艺区？

SRGs中的AR光栅

晶圆级的目标均匀性由其应用需求决定，包括波导尺寸和每片晶圆上的波导数量。

然而，根据刻蚀设备的反应腔设计特点，目标均匀性并非特指整个晶圆区域。在晶圆边缘处，无法满足均匀性的环形区宽度高达40mm，这主要来自于反应腔中的离子分布不均匀。

也就是，当以一定角度进行干法蚀刻时，越接近离子源的区域刻蚀深度趋向于更高。因此，设备制造商必须对离子分布进行操控，以补偿这种不均匀性。

如何获得合适的掩模？

器件特征结构的周期由其应用决定。用于AR智能眼镜的波导合成器，其典型周期约在λ/2到λ之间，也就是波导凹槽的尺寸范围为100～200nm。这些尺寸要求采用更精细的光刻设备，比如电子束光刻或纳米压印。

如果没有准确的掩模图形，缺陷将在加工过程中转移至特征结构上。因此，在刻蚀前对掩模的形貌进行表征是至关重要的。

常用的扫描电镜表征可以用来成像掩模，但是必须在晶圆片的整个表面进行表征和综合评估。一旦掩模工艺被很好地理解和控制，想要获得较优产量是可以在倾斜刻蚀过程中实现的。

如果您想了解更多关于倾斜光栅结构的信息，请前往查看我们的AR解决方案。