本文關(guān)鍵詞：取樣光柵的刻蝕深度空間分布微調(diào)方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：研究工作主要可概括為兩個部分：其一,刻蝕深度分布微調(diào)方法的理論研究和實驗驗證；其二,變束斑離子束修形方法的理論研究和模擬分析。論文的重要研究結(jié)果和創(chuàng)新之處包括：一、針對大尺寸取樣光柵的衍射效率均勻性問題,我們提出了一種新的初步解決方案,既能提高衍射效率均勻性又可保證較高的生產(chǎn)效率。美國勞倫斯利弗莫爾的研究者采用類似于離子束修形的掃描濕法刻蝕方法；中國國家同步輻射實驗室的研究組則對刻蝕后的光柵進行化學機械拋光以修正其衍射效率均勻性。這兩種方法能有效地提高衍射效率均勻性,但是它們的生產(chǎn)效率都不高。我們的方案是：在大面積掃描離子束刻蝕過程中,使用動態(tài)葉片對條形離子束流進行掃描遮擋,從而使光柵槽深空間分布發(fā)生微弱變化以修正衍射效率空間分布的均勻性。對比現(xiàn)有的兩種方法,可以看出,如何實現(xiàn)刻蝕深度分布微調(diào)是關(guān)鍵問題,也是我們的主要創(chuàng)新之處。大面積掃描離子束刻蝕具備很高的生產(chǎn)效率,而該方案中只是在刻蝕過程中引入了動態(tài)葉片以微調(diào)刻蝕深度,因此該方案的生產(chǎn)效率也是很高的。二、從理論上,就刻槽深度和占寬比對衍射效率均勻性的影響進行了量化分析,確定了取樣光柵的刻槽深度和占寬比的工藝容差范圍。這種容差分析方法是實現(xiàn)光柵制作工藝寬容度量化的實用手段。不同于以往的單變量分析方法,它通過多變量誤差條來同時限定各個參數(shù)的容差范圍,從而,將光柵制作過程抽象為多變量動態(tài)規(guī)劃問題。論文中給出了以衍射效率均勻性為目標的雙變量(刻槽深度和占寬比)容差分析,結(jié)果表明,占寬比的測量精度不低于±0.01、刻蝕深度的控制精度不低于±0.2nm時,可以達到衍射效率均勻性RMS不大于5%的目標。三、提出了刻蝕深度分布微調(diào)方法。搭建了刻蝕深度分布微調(diào)系統(tǒng),用于開展實驗驗證工作；推導了刻蝕深度分布微調(diào)算法,用于模擬刻蝕深度分布微調(diào)過程和優(yōu)化微調(diào)系統(tǒng)的電機運動軌跡。在原有大面積掃描離子束刻蝕系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,我們開發(fā)了一個驅(qū)動動態(tài)葉片的簡易機械裝置即FAC微調(diào)組件,通過動態(tài)葉片的掃描遮擋從而實現(xiàn)覆蓋整個光柵基片的刻蝕深度分布微調(diào)。另外,我們引入了一些新的概念來描述刻蝕深度分布微調(diào)過程,并對微調(diào)過程進行建模分析和模擬計算；其中,遮擋時間和遮擋率、離子束刻蝕過程的時空分析、S形曲線轉(zhuǎn)換關(guān)系等都是突破性的想法。四、提出了變束斑離子束修形方法。將刻蝕深度分布微調(diào)算法推廣到精密光學加工領(lǐng)域,并建立了以積分刻蝕時間為核心概念的求解方法。相對于傳統(tǒng)的離子束修形方法,變束斑離子束修形有諸多優(yōu)點,例如,可更好地適應(yīng)于不同空間頻率面形誤差的去除、修形過程更穩(wěn)定可靠、刻蝕時間求解更精確等。這種變束斑光學加工的思想有望進一步推廣到其他先進光學加工領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：刻蝕深度分布 取樣光柵 衍射效率均勻性 掃描離子束刻蝕 遮擋時間 優(yōu)化算法 離子束修形 積分刻蝕時間 變束斑
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 緒論17-21
• 第二章 提高取樣光柵衍射效率均勻性的初步方案21-29
• 2.1 大尺寸取樣光柵的簡要介紹21-22
• 2.2 衍射效率均勻性問題淺析22-23
• 2.3 提高取樣光柵衍射效率均勻性的初步方案23-25
• 2.3.1 刻槽深度和占寬比對衍射效率均勻性的影響24-25
• 2.4 初步方案的技術(shù)可行性分析25-28
• 2.4.1 刻槽深度和占寬比的工藝容差分析25-26
• 2.4.2 離子束束流密度空間分布的時間穩(wěn)定性26-27
• 2.4.3 取樣光柵占寬比的測量方法27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 大尺寸取樣光柵的刻蝕深度分布微調(diào)29-47
• 3.1 刻蝕深度分布微調(diào)系統(tǒng)29-35
• 3.1.1 主要裝置29-31
• 3.1.2 工作原理31-34
• 3.1.3 控制系統(tǒng)34-35
• 3.2 刻蝕深度分布微調(diào)算法35-42
• 3.2.1 遮擋時間和遮擋率的基本概念36-37
• 3.2.2 葉片陰影掃描路徑規(guī)劃37-39
• 3.2.3 電機運行軌跡優(yōu)化39-42
• 3.3 模擬結(jié)果與討論42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-47
• 第四章 刻蝕深度分布微調(diào)方法的實驗驗證47-59
• 4.1 驗證實驗設(shè)計47-48
• 4.1.1 實驗條件47-48
• 4.2 實驗結(jié)果與討論分析Ⅰ48-53
• 4.2.1 葉片旋轉(zhuǎn)角度與遮擋率分布曲線的關(guān)系49-52
• 4.2.2 條形準直光闌的孔徑寬度與刻蝕速率分布曲線的關(guān)系52-53
• 4.3 刻蝕深度分布微調(diào)算法的修正53-54
• 4.3.1 遮擋時間計算過程的修正53
• 4.3.2 掃描路徑拼接過程的修正53-54
• 4.4 實驗結(jié)果與討論Ⅱ54-57
• 4.4.1 考慮葉片邊緣散射的一維刻蝕深度分布驗證實驗54-55
• 4.4.2 二維刻蝕深度分布初步驗證實驗55-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第五章 刻蝕深度分布微調(diào)算法在離子束修形中的應(yīng)用59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 變束斑離子束59-61
• 5.2.1 動態(tài)準直光闌設(shè)計59-60
• 5.2.2 變束斑去除函數(shù)假設(shè)60-61
• 5.3 變束斑離子束修形的初步分析61-63
• 5.3.1 積分刻蝕時間61-62
• 5.3.2 加工軌跡的時空分析62-63
• 5.4 變束斑離子束修形算法63-66
• 5.4.1 掃描路徑規(guī)劃63-65
• 5.4.2 運動軌跡優(yōu)化65-66
• 5.5 模擬結(jié)果與討論66-70
• 5.5.1 一維修形的運動軌跡優(yōu)化66-68
• 5.5.2 變束斑離子束二維修形68-70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 工作總結(jié)71
• 6.2 研究展望71-73
• 參考文獻73-77
• 附錄A 附錄77-117
• A.1 基于俯視SEM圖像的占寬比空間分布均勻性檢測分析77-80
• A.2 驗證實驗工作計劃及總結(jié)80-81
• A.3 一維刻蝕深度分布微調(diào)算法SWING1D81-90
• A.3.1 deg2profilem83-84
• A.3.2 trajoptr.m84-87
• A.3.3 timeperstep_fst.m87-90
• A.4 刻蝕深度分布微調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)控制程序90-100
• A.4.1 離子束掃描探測軟件BeamMeas90-92
• A.4.2 上位機控制軟件SyncMotion92-95
• A.4.3 PLC運動控制程序95-100
• A.5 變束斑離子束修形算法100-117
• A.5.1 psopt2Test.m102-105
• A.5.2 objfun.m105-107
• A.5.3 psoptmap.m107-111
• A.5.4 rascan.m111-115
• A.5.5 spdiv.m115-117
• 致謝117-119
• 在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的研究成果119-120

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