[發明專利]一種多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統及方法

在審

• 申請號: 202011488606.6
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112764320A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 趙圓圓;段宣明;董賢子;鄭美玲
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

1.一種多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統，其特征在于，包括激光器、空間光調制器、位相調制器、透鏡組、物鏡、襯底、位移臺和上位機，其中：

所述襯底上表面涂覆設置有光刻膠，所述襯底放置在所述位移臺上；

所述上位機分別與所述空間光調制器、位相調制器和位移臺連接；所述上位機中預設有空間振幅分布設計，并根據預設的空間振幅分布設計控制所述空間光調制器中產生目標多焦點陣列分布光束；所述上位機中預設有三維空間掃描軌跡，所述上位機根據其預設的三維空間掃描軌跡控制所述位移臺的移動；

所述激光器出射的平行激光光束依次經過空間光調制器、位相調制器，其中平行激光光束經過所述空間光調制器調制得到多焦點陣列分布光束，然后經過所述位相調制器引入位相差，再通過所述透鏡組和物鏡聚焦到所述襯底上涂覆的光刻膠進行曝光，得到密集排列的納米結構。

2.根據權利要求1所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統，其特征在于，所述系統還包括二維振鏡組件，所述二維振鏡組件與所述上位機連接，所述上位機控制所述二維振鏡組件中反射鏡的偏轉角度，實現多焦點陣列分布光束在XY空間的掃描。

3.根據權利要求1所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統，其特征在于，所述空間光調制器包括可獨立尋址和控制的像素陣列，所述像素陣列中每個像素用于對透射、反射或衍射的光線產生灰度方向或開關狀態的調制；所述像素陣列大小為m×n，陣列間距為0.5μm-5000μm；所述空間光調制器對入射的平行光束進行m×n個像素的振幅編碼；

所述位相調制器包括可獨立尋址和控制的像素陣列，所述像素陣列中每個像素用于對透射、反射或衍射的光線進行相位調制；所述像素陣列大小為m×n，陣列間距為0.5μm-5000μm；所述位相調制器對入射的平行光束進行m×n個像素的位相編碼。

4.根據權利要求1所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統，其特征在于，所述襯底上涂覆的光刻膠為正性光刻膠或負性光刻膠；其中，對于正性光刻膠，所述光刻膠經過曝光并顯影后，清洗強度為1的區域，保留強度為0的區域；對于負性光刻膠，所述光刻膠經過曝光并顯影后，保留強度為1的區域，清洗強度為0的區域。

5.根據權利要求1所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統，其特征在于，所述激光器出射的平行激光光束為連續激光或脈沖激光，所述激光光束的脈沖寬度為納秒至飛秒激光，所述激光光束的波長范圍為200nm-1100nm。

6.根據權利要求1所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統，其特征在于，所述物鏡為高倍率雙遠心鏡頭，所述物鏡的縮放比為1/0.1×-1/200×。

7.根據權利要求1～6任一項所述的密排納米結構光刻曝光系統，其特征在于，所述多焦點陣列分布光束與所述光刻膠相互作用機理為非線性多光子吸收。

8.一種多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光方法，應用于權利要求1-7任一項所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光系統，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將襯底放置在位移臺上，并將光刻膠滴涂于襯底上表面；

S2：激光器出射的平行激光光束輸入空間光調制器中，所述空間光調制器由上位機控制其內部像素化單元的開關狀態，得到多焦點陣列分布光束；

S3：多焦點陣列分布光束輸入位相調制器中進行相位調制，生成具有可編程的位相參數的多焦點陣列分布光束；其中所述位相調制器由上位機控制其相位調制參數；

S4：具有可編程的位相參數的多焦點陣列分布光束通過透鏡組和物鏡的聚焦后入射到襯底上涂覆的光刻膠進行直寫光刻，同時所述位移臺在上位機的控制下沿預設的軌跡移動，得到密集排列的納米結構。

9.根據權利要求8所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光方法，其特征在于，所述S3步驟中，所述位相調制器對多焦點陣列分布光束中相鄰焦點的位相調制為位相相差π。

10.根據權利要求8所述的多焦點激光并行直寫密排納米結構的光刻曝光方法，其特征在于，所述S4步驟中，還包括以下步驟：

具有可編程的位相參數的多焦點陣列分布光束通過二維振鏡組件反射后，通過透鏡組和物鏡的聚焦后入射到襯底上涂覆的光刻膠進行直寫光刻；其中，所述二維振鏡組件由上位機控制其偏轉角度，使光束相對于襯底沿水平方向成一定角度θ相對移動，得到密集納米線陣列；所述密集納米線陣列的結構周期d的表達公式如下：

d＝β×n×D×cosθ

其中，β為縮小倍數，n為正整數，D為空間光調制器單個像素單元的尺寸。