[發(fā)明專利]一種多焦點(diǎn)激光并行直寫(xiě)密排納米結(jié)構(gòu)的光刻曝光系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011488606.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112764320A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙圓圓;段宣明;董賢子;鄭美玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號(hào): G03F7/20
• 分類號(hào): G03F7/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發(fā)明提出一種多焦點(diǎn)激光并行直寫(xiě)密排納米結(jié)構(gòu)的光刻曝光系統(tǒng)，包括激光器、空間光調(diào)制器、位相調(diào)制器、透鏡組、物鏡、襯底、位移臺(tái)和上位機(jī)，其中襯底上表面涂覆設(shè)置有光刻膠，襯底放置在位移臺(tái)上；上位機(jī)分別與空間光調(diào)制器、位相調(diào)制器和位移臺(tái)連接；上位機(jī)中預(yù)設(shè)有空間振幅分布設(shè)計(jì)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的空間振幅分布設(shè)計(jì)控制空間光調(diào)制器中產(chǎn)生目標(biāo)多焦點(diǎn)陣列分布光束；上位機(jī)中預(yù)設(shè)有三維空間掃描軌跡，上位機(jī)根據(jù)其預(yù)設(shè)的三維空間掃描軌跡控制位移臺(tái)的移動(dòng)，使多焦點(diǎn)陣列分布光束對(duì)光刻膠進(jìn)行掃描曝光，得到密集排列的納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提出了一種多焦點(diǎn)激光并行直寫(xiě)密排納米結(jié)構(gòu)的光刻曝光方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及點(diǎn)無(wú)掩模直寫(xiě)光刻領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多焦點(diǎn)激光并行直寫(xiě)密排納米結(jié)構(gòu)的光刻曝光系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的光刻工藝中需要使用價(jià)格昂貴的鉻玻璃實(shí)體掩膜板，而且在實(shí)驗(yàn)研發(fā)環(huán)境中掩膜板的設(shè)計(jì)通常需要經(jīng)常改變。而無(wú)掩膜光刻技術(shù)，特別是掃描直寫(xiě)光刻，通過(guò)以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)電子掩膜板的方法，能夠有效克服以上問(wèn)題。與傳統(tǒng)光刻工藝不同，激光直寫(xiě)光刻技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)計(jì)的掩膜圖像，結(jié)合激光脈沖的開(kāi)關(guān)時(shí)間的控制，在光刻膠上直接掃描曝光繪出所要的圖案。雖然激光直寫(xiě)光刻技術(shù)已日趨成熟，但是因?yàn)槎嗖捎脝吸c(diǎn)掃描的方式曝光，其加工效率的低下導(dǎo)致了難以進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究者利用微透鏡陣列[S.Matsuo,Appl.Phys.A,2005,80: 683-685]和衍射分束器[Xian-Zi Dong,Appl.Phys.Lett.,2007,91:124103]將激光分束實(shí)現(xiàn)多個(gè)微結(jié)構(gòu)同時(shí)加工，雖然在效率方面有一定的提高，但無(wú)法一次性加工出不同周期的微納結(jié)構(gòu)，存在靈活性適用性較低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的激光直寫(xiě)光刻技術(shù)加工效率低、靈活性低的缺陷，提供一種多焦點(diǎn)激光并行直寫(xiě)密排納米結(jié)構(gòu)的光刻曝光系統(tǒng)，以及一種多焦點(diǎn)激光并行直寫(xiě)密排納米結(jié)構(gòu)的光刻曝光方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種多焦點(diǎn)激光并行直寫(xiě)密排納米結(jié)構(gòu)的光刻曝光系統(tǒng)，包括激光器、空間光調(diào)制器、位相調(diào)制器、透鏡組、物鏡、襯底、位移臺(tái)和上位機(jī)，其中：襯底上表面涂覆設(shè)置有光刻膠，襯底放置在位移臺(tái)上；上位機(jī)分別與空間光調(diào)制器、位相調(diào)制器和位移臺(tái)連接；上位機(jī)中預(yù)設(shè)有空間振幅分布設(shè)計(jì)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的空間振幅分布設(shè)計(jì)控制空間光調(diào)制器中產(chǎn)生目標(biāo)多焦點(diǎn)陣列分布光束；上位機(jī)中預(yù)設(shè)有三維空間掃描軌跡，上位機(jī)根據(jù)其預(yù)設(shè)的三維空間掃描軌跡控制位移臺(tái)的移動(dòng)；

激光器出射的平行激光光束依次經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器、位相調(diào)制器，其中平行激光光束經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器調(diào)制得到多焦點(diǎn)陣列分布光束，然后經(jīng)過(guò)位相調(diào)制器引入位相差，再通過(guò)透鏡組和物鏡聚焦到襯底上涂覆的光刻膠進(jìn)行曝光。

本技術(shù)方案中，利用空間光調(diào)制器中的像素化單元將入射的平行光分束為多焦點(diǎn)陣列分布光束，具有可編程的并排陣列強(qiáng)度分布，其中，空間光調(diào)制器中的像素化單元的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由上位機(jī)控制；經(jīng)空間光調(diào)制器出射的光束再經(jīng)過(guò)位相調(diào)制器的相位調(diào)制，生成具有可編程的位相參數(shù)的多焦點(diǎn)陣列分布光束，其中，位相調(diào)制器中的像素化單元的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由上位機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)位相的施加。經(jīng)空間光調(diào)制器、位相調(diào)制器調(diào)制后的多焦點(diǎn)陣列分布光束通過(guò)透鏡組和物鏡縮放到襯底上表面涂覆的光刻膠中，同時(shí)位移臺(tái)按照上位機(jī)設(shè)計(jì)的軌跡移動(dòng)，使多焦點(diǎn)陣列分布光束對(duì)光刻膠進(jìn)行掃描曝光，得到密集排列的納米結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，系統(tǒng)還包括二維振鏡組件，二維振鏡組件與上位機(jī)連接，上位機(jī)控制二維振鏡組件中反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)陣列分布光束在XY空間的掃描。其中，二維振鏡組件在上位機(jī)控制下精密擺動(dòng)，結(jié)合透鏡組和物鏡使光束在 XY空間的掃描，配合位移臺(tái)沿Z軸方向的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)陣列分布光束在三維空間按照預(yù)設(shè)的軌跡移動(dòng)并進(jìn)行大面積掃描，有效提高掃描速度。