[發(fā)明專利]直寫光刻系統(tǒng)和直寫光刻方法

有效

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• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN112987501B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設計）人: 浦東林;朱鵬飛;朱鳴;邵仁錦;張瑾;王冠楠;陳林森
• 申請（專利權）人: 蘇州蘇大維格科技集團股份有限公司;蘇州大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海波拓知識產權代理有限公司 31264
• 代理人: 蔡光仟

一種直寫光刻系統(tǒng)和直寫光刻方法，其中直寫光刻系統(tǒng)包括直寫光源、運動機構、中央控制器、光斑圖形輸入裝置以及投影光學裝置；運動機構用于帶動投影光學裝置沿預設路徑掃描，并用于發(fā)出參考點的位置數據；中央控制器用于根據位置數據讀取光斑圖形文件序列中對應的光斑圖像數據；光斑圖形輸入裝置用于根據光斑圖像數據將直寫光源提供的起始光束調制生成圖形光；投影光學裝置用于根據圖形光向光刻件的表面投影出變形光斑，并在運動機構的帶動下沿預設路徑掃描，在掃描過程中光斑圖像數據隨位置數據而變化，形成預設的可控變形光斑。本發(fā)明的直寫光刻系統(tǒng)和直寫光刻方法實現了復雜表面三維形貌結構的無掩模灰度光刻，并提高了光刻精度和光刻效率。

技術領域

本發(fā)明涉及微納米加工技術領域，尤其涉及一種直寫光刻系統(tǒng)和直寫光刻方法。

背景技術

光電子是繼微電子之后迅速發(fā)展的高新技術，當前的激光器件、光探測器、衍射光柵等是光電子技術的初始發(fā)展產品，光電子技術未來在顯示、成像、探測等方面有著廣闊的發(fā)展前景。

從器件微結構分析，微電子器件中的電路是2D圖形，且圖形占空比不高，而光電子器件更關注微結構的表面3D形貌，多臺階、連續(xù)形貌是主要特征。所以面向光電子新應用的3D微結構的加工需求與當前微電子需求不同，面型需求從2D轉變到3D。雖然當前產品應用較普遍的微棱鏡、微透鏡等也具有3D結構，但還屬于規(guī)則結構，隨著技術發(fā)展，光電子應用微結構需求從規(guī)則3D到復雜3D轉變。復雜3D結構的加工方法對于光電子領域諸多研究支撐極具科學意義，對于新行業(yè)、新應用的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

當前，實現3D微納形貌的主要微加工技術手段有精密金剛石車削、3D打印、光刻等技術。金剛石車削是制作數十微米尺寸、規(guī)則排列3D形貌微結構的優(yōu)選方法，其典型應用是微棱鏡膜；3D打印技術可以制作復雜的3D結構，但傳統(tǒng)振鏡掃描3D打印技術的分辨率為數十微米；DLP投影式3D打印的分辨率為10-20um；雙光子3D打印技術，雖然分辨率能達到亞微米，但屬于串行加工方式，效率極低。基于光刻膠曝光模式的微光刻技術仍然是現代微加工的主流技術手段，其光刻膠材料成熟，工藝可控，是目前為止所能達到的最高精度的加工手段。

2D投影光刻技術已經廣泛應用于微電子領域，3D形貌光刻技術目前還處于初級階段，沒有形成成熟的技術體系，目前進展如下：

1、傳統(tǒng)掩模套刻法，用于做多臺階結構，結合離子刻蝕控制結構深度，工藝過程需要多次對準，工藝要求高，難以加工連續(xù)的3D形貌。

2、灰度掩模曝光法，其技術方案是制作半色調掩模版(half-tone)，汞燈光源照射后產生灰度分布的透過光場，對光刻膠進行感光，形成3D表面結構。然而，這類掩模版制作難度大，結構分辨率差，流程復雜，且價格非常昂貴。

3、移動掩膜曝光法，較適于制作規(guī)則的微透鏡陣列等結構。

4、聲光掃描直寫法，使用單光束直寫，效率較低，還存在圖形拼縫問題。

5、電子束灰度直寫法，代表廠商及產品型號包括：日本Joel JBX9300、德國Vistec、Leica VB6，該方法面向較大幅面的器件制備效率極低，受限于電子束的能量，3D形貌深度調控能力不足，只能適用于制備小尺度的3D形貌微結構。

6、數字灰度光刻法，屬于將灰度掩模和數字光處理技術結合而發(fā)展來的微納加工技術，采用DMD空間光調制器作為數字掩膜，通過一次曝光加工出連續(xù)三維面形的浮雕微結構，對于大于一個曝光視場的圖形采用步進拼接的方法。主要不足是灰度調制能力受DMD灰度等級的限制，存在明顯臺階問題和視場間拼縫問題，并且光斑內部光強均勻性會影響3D形貌的面型品質。

綜上，3D形貌光刻的研究現狀與前沿需求之間存在著明顯差距，因此，實現任意3D形貌的高品質光刻方法成為了相關領域對微光刻技術提出的重要且迫切的需求。

發(fā)明內容