[實(shí)用新型]光學(xué)加工系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720082440.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206573851U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李繼剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 李繼剛
• 主分類號(hào): G03F7/20
• 分類號(hào): G03F7/20
• 代理公司: 寧波高新區(qū)核心力專利代理事務(wù)所(普通合伙)33273
• 代理人: 袁麗花

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于激光加工領(lǐng)域，，特別是涉及一種光學(xué)加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光刻技術(shù)是微納結(jié)構(gòu)制備的主要手段，當(dāng)前光刻技術(shù)主要分為成像光刻和干涉光刻兩大類。成像光刻適用于任意圖形結(jié)構(gòu)的制作，而干涉光刻技術(shù)更適于特定的周期性結(jié)構(gòu)的制作，這些周期性結(jié)構(gòu)通常由兩束及以上的光束在曝光面上干涉疊加形成，其典型圖案有平行條紋(也即光柵)、正交點(diǎn)陣和六邊形花樣等。基于周期性結(jié)構(gòu)對(duì)光場(chǎng)的定向偏轉(zhuǎn)特性，干涉光刻廣泛應(yīng)用于數(shù)字全息和三維立體顯示等領(lǐng)域。

干涉光刻的輸出光場(chǎng)需要實(shí)現(xiàn)至少3個(gè)信息變量的調(diào)控。以數(shù)字全息為例，參圖1，一幅典型的數(shù)字全息圖由多個(gè)單元組成。單元內(nèi)為一次干涉光刻曝光形成的平行條紋。單元包含3個(gè)信息變量：條紋周期、條紋角度和條紋輪廓。在經(jīng)典的點(diǎn)陣全息圖中，條紋輪廓為矩形；而在新型的圖陣全息圖中，條紋輪廓可以是任意形狀，這使得全息圖的信息量和美觀程度大幅提升。

為了實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)信息變量的調(diào)控，干涉光刻光學(xué)系統(tǒng)具有多種實(shí)現(xiàn)方式。其中機(jī)械運(yùn)動(dòng)方法是一種最基本的實(shí)現(xiàn)方式，但是其主要缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢、體積重量大和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。例如在專利US 5,822,092，US 5,262,879，WO 98/29767中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)條紋角度的調(diào)控。又例如在專利《可變周期多光束干涉光刻的方法》CN201310178623.3，《三維激光打印方法與系統(tǒng)》CN201310166341.1，CN201510666500.3，通過(guò)平移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)條紋周期的調(diào)控。注：在文獻(xiàn)的具體描述中，與條紋周期等效的物理量有干涉光束夾角、空頻 和衍射級(jí)次等。有些方案中甚至有平移和旋轉(zhuǎn)兩種機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，例如《實(shí)時(shí)變參量微納米光場(chǎng)調(diào)制系統(tǒng)和干涉光刻系統(tǒng)》CN201610004778.9。

為了避免采用上述機(jī)械運(yùn)動(dòng)方法，可在干涉光刻光學(xué)系統(tǒng)中引入空間光調(diào)制器SLM，并且結(jié)合新型的光路結(jié)構(gòu)。其中較為成功的實(shí)施方案以波蘭公司Polish Holographic systems的KineMax光刻機(jī)為代表。其空間光調(diào)制器SLM采用位相調(diào)制型器件LCoS或者LCD，其等效于一個(gè)數(shù)字化可調(diào)的位相光柵。通過(guò)調(diào)節(jié)SLM上顯示的光柵圖形的周期、角度和輪廓可以實(shí)現(xiàn)前述3個(gè)信息變量的調(diào)控，并且不需要任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。此方案的主要不足有兩點(diǎn)：

一、系統(tǒng)性能受到SLM材料限制。現(xiàn)有技術(shù)條件下，包括LCoS在內(nèi)的各種位相調(diào)制型器件只能采用液晶材料，刷新頻率較低(約在100Hz量級(jí))并且不能承受較大的光功率，不利于實(shí)現(xiàn)高效的光刻加工。另外，液晶材料對(duì)紫外光的透過(guò)率低，并且會(huì)受到損傷，因而其光刻系統(tǒng)無(wú)法采用短波長(zhǎng)光源，這不利于獲得高分辨率的光刻圖形。

二、難以獲得清晰的條紋輪廓。LCoS作為位相調(diào)制型器件，無(wú)法實(shí)現(xiàn)圖形輪廓的直接控制，而必須借助頻譜面的濾波(Fourier filter)，這使得圖形輪廓信息在光學(xué)系統(tǒng)中的傳輸過(guò)程中受到一定的損失。此外，該方案將SLM作為位相光柵實(shí)現(xiàn)入射光的偏轉(zhuǎn)分束和干涉，根據(jù)光柵衍射方程，僅當(dāng)其SLM位相光柵足夠密并且傅里葉透鏡3的焦距足夠長(zhǎng)時(shí)，其對(duì)干涉條紋周期和輪廓的控制才較為精確的。通過(guò)參考文獻(xiàn)可以看到，其光刻圖形的輪廓仍然不夠清晰，尤其是條紋周期較大時(shí)。

碩士論文《用于衍射空間成像的連續(xù)變空頻干涉光刻技術(shù)》提出了另一種基于空間光調(diào)制器的干涉光刻系統(tǒng)和方法，根據(jù)其光路結(jié)構(gòu)可知，其輸入圖形輪廓位于鏡頭的前焦面，曝光面位于鏡頭的后焦面，不滿足成像關(guān)系，因而在原理上無(wú)法實(shí)現(xiàn)清晰的圖形輪廓輸出。專利CN201210440974.2《一種基于空間光調(diào)制器的干涉光刻系統(tǒng)和方法》也存在同樣的問(wèn)題，另外其頻譜面還需要濾波，這使得圖形輪廓進(jìn)一步受到影響。

綜合前述分析，現(xiàn)有干涉光刻技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高效率的干涉圖形加工。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種光學(xué)加工系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)一種光學(xué)加工系統(tǒng)，包括沿光路方向依次設(shè)置的照明光源、空間光調(diào)制器、微透鏡陣列和成像透鏡，所述空間光調(diào)制器位于所述微透鏡陣列的前焦面，所述成像透鏡的前焦面與所述微透鏡陣列的后焦面重合，所述空間光調(diào)制器為振幅型，具有二維分布的多個(gè)圖塊，所述微透鏡陣列包括分布于同一平面內(nèi)的多個(gè)微透鏡，每個(gè)所述微透鏡分別在主光軸方向上與一個(gè)所述圖塊對(duì)應(yīng)。

優(yōu)選的，在上述的光學(xué)加工系統(tǒng)中，每個(gè)所述圖塊由單個(gè)或者多個(gè)像素組成，每個(gè)像素可獨(dú)立設(shè)置為開(kāi)啟或關(guān)閉。