[發(fā)明專利]利用半導(dǎo)體激光器實現(xiàn)全息光刻的裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211042313.4
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115373229A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尚向軍;牛智川;倪海橋;蘇向斌;王國偉;劉汗青;李叔倫;戴德琰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 張博

1.一種利用半導(dǎo)體激光器實現(xiàn)全息光刻的裝置，包括：

激光發(fā)射組件，包括：

藍(lán)光激光二極管，適用于產(chǎn)生激光光束；

準(zhǔn)直透鏡，適用于將所述激光光束轉(zhuǎn)為第一準(zhǔn)平行光束，還適用于將外腔激光光束轉(zhuǎn)為第二準(zhǔn)平行光束；

驅(qū)動/溫控模塊，適用于對所述藍(lán)光激光二極管產(chǎn)生大小可調(diào)的驅(qū)動電流，并通過半導(dǎo)體熱電制冷部件和風(fēng)扇/散熱片散熱部件進(jìn)行溫度控制，使所述藍(lán)光激光二極管穩(wěn)定工作；同時提供所述藍(lán)光激光二極管和所述準(zhǔn)直透鏡的同軸安裝基座；以及

光柵，其構(gòu)造為反射式周期刻線光柵，適用于對所述第一準(zhǔn)平行光束產(chǎn)生多階衍射，包括負(fù)一階衍射、零階衍射、以及正一階衍射；所述負(fù)一階衍射再次入射到所述藍(lán)光激光二極管中，以對所述藍(lán)光激光二極管提供光反饋形成光柵外腔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生所述外腔激光光束；所述負(fù)一階衍射還適用于利用模式競爭機(jī)制在所述光柵外腔結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行選模，以使得所述第二準(zhǔn)平行光束被分立為單縱模藍(lán)光激光，所述零階衍射適用于輸出所述單縱模藍(lán)光激光；

成像光譜儀，適用于基于所述正一階衍射實時監(jiān)測所述單縱模藍(lán)光激光的光譜以及光強(qiáng)；以及

干涉裝置，適用于利用來自于所述激光發(fā)射組件的單縱模藍(lán)光激光對實驗樣片執(zhí)行全息光刻工藝。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，

所述光柵是通過在平面鏡上制備單層金屬鋁層，并利用光柵母版機(jī)械加工周期刻線形成的；所述第一準(zhǔn)平行光束入射到光柵周期刻線上產(chǎn)生反射式光衍射；在光程差為入射光波長整數(shù)倍的方向上產(chǎn)生的所述光衍射干涉增強(qiáng)，使得所述第一準(zhǔn)平行光束產(chǎn)生多階衍射。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述負(fù)一階衍射還適用于利用模式競爭機(jī)制在所述光柵外腔結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行選模，以使得所述第二準(zhǔn)平行光束被分立為單縱模藍(lán)光激光，包括：

所述藍(lán)光激光二極管的閾值電流為130mA，在所述閾值電流與所述驅(qū)動電流相差50mA的情況下，所述第二準(zhǔn)平行光束被分立為多縱模藍(lán)光激光；在所述閾值電流與所述驅(qū)動電流相差10～30mA的情況下，所述第二準(zhǔn)平行光束被分立為少縱模藍(lán)光激光或單縱模藍(lán)光激光，通過利用所述模式競爭機(jī)制進(jìn)行選模，產(chǎn)生所述單縱模藍(lán)光激光。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，設(shè)置所述光柵與所述藍(lán)光激光二極管之間的間距為10mm，使得所述單縱模藍(lán)光激光的相鄰縱模間隔≥0.008nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括：

傳輸組件，適用于保持所述單縱模藍(lán)光激光的空間相干性和進(jìn)行光斑變換，包括：

第一光纖準(zhǔn)直透鏡，鄰近所述光柵放置，適用于將所述光柵外腔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的單縱模藍(lán)光激光進(jìn)行聚焦；

第一單模光纖，所述第一單模光纖的入口位于所述第一光纖準(zhǔn)直透鏡的焦點處，適用于將聚焦后的單縱模藍(lán)光激光轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝粓A形高斯光束；其中，所述第一單模光纖的芯徑對所述單縱模藍(lán)光激光進(jìn)行空間濾波，保持其空間相干性并調(diào)節(jié)輸出所述第一圓形高斯光束的偏振方向；以及

第一平凸透鏡，所述第一平凸透鏡的凸面正對所述干涉裝置，平面朝向連接在所述第一單模光纖的出口處的光纖插口，以將所述第一圓形高斯光束聚焦為適用于對實驗樣片執(zhí)行全息光刻工藝的第一平行光束。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，還包括檢測組件，包括：

第二光纖準(zhǔn)直透鏡，鄰近所述光柵放置，適用于將所述光柵外腔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的單縱模藍(lán)光激光進(jìn)行聚焦；

第二單模光纖，所述第二單模光纖的入口位于所述第二光纖準(zhǔn)直透鏡的焦點處，適用于將聚焦后的單縱模藍(lán)光激光轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙A形高斯光束；以及

透鏡組，適用于將來自于所述第二單模光纖的所述第二圓形高斯光束轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙叫泄馐⑺龅诙叫泄馐斔偷剿龀上窆庾V儀。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述干涉裝置包括：直立放置的平面鏡和樣品架，其夾角為90度；

所述樣品架上貼有實驗樣片；

用所述第一平行光束同時照射所述平面鏡和樣品架，所述平面鏡的反射光與直接照射實驗樣片的光在所述實驗樣片上產(chǎn)生干涉，完成一個周期的所述全息光刻工藝。