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采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510706206.0

申請日:

2015.10.27

公開號:

CN105242499A

公開日:

2016.01.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G03F 7/20申請日:20151027|||公開
IPC分類號: G03F7/20; G02B27/10 主分類號: G03F7/20
申請人: 西安工業大學
發明人: 張錦; 孫國斌; 蔣世磊; 彌謙; 杭凌俠; 馬麗娜
地址: 710032陜西省西安市未央區學府中路2號
優先權:
專利代理機構: 西安新思維專利商標事務所有限公司61114 代理人: 黃秦芳
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510706206.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.09.19|||2016.02.10|||2016.01.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,該激光干涉光刻系統包括光源組件、擴束準直組件、多光束分光及合束組件、基片臺,所述光源組件包括相干光源、第一透鏡、第二透鏡、閃耀光柵,所述相干光源發出的激光束依次經第一透鏡、第二透鏡后,再經反射鏡折轉光路后照射在閃耀光柵上,經閃耀光柵衍射后波長等于一級閃耀波長的光束經過小孔光闌出射,再經所述擴束準直組件、多光束分光及合束組件后分成多個相干光束并同時匯聚照射在位于基片臺上的基片表面。本發明具有光能利用率高、相干長度長的優點,既增加了光路調整的靈活性和寬容度,又降低了激光光源譜線寬度要求,擴大了激光光源的選擇范圍。

權利要求書

權利要求書
1.  一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于,該激光干涉光刻系統包括光源組件、擴束準直組件、多光束分光及合束組件、基片臺(18),所述光源組件包括相干光源(1)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)、閃耀光柵(5),所述相干光源(1)發出的激光束依次經第一透鏡(2)、第二透鏡(3)后,再經反射鏡(4)折轉光路后照射在閃耀光柵(5)上,經閃耀光柵(5)衍射后波長等于一級閃耀波長的光束經過小孔光闌(6)出射,再經所述擴束準直組件、多光束分光及合束組件后分成多個相干光束并同時匯聚照射在位于基片臺(18)上的基片(17)表面。

2.  根據權利要求1所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于:所述經所述小孔光闌(6)出射的光束經反射鏡(7)折轉光路后,再進入到所述擴束準直組件。

3.  根據權利要求1或2所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于:所述擴束準直組件包括顯微物鏡(8)、針孔光闌(9)、擴束鏡(10),進入擴束準直組件的光束經顯微物鏡(8)、針孔光闌(9)、擴束鏡(10)將光束擴束并準直成平行光,然后進入到所述多光束分光及合束組件。

4.  根據權利要求1所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于:所述多光束分光及合束組件包括第一分光鏡(11)、第一反射鏡(13),從擴束準直組件出射的平行光經第一分光鏡(11)分成的兩束光,其中一束光直接照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面,另一束光經第一反射鏡(13)反射后照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面。

5.  根據權利要求4所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于:所述經第一分光鏡(11)后直接照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面的光束,和經第一反射鏡(13)反射后照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面的光束,入射角相同。

6.  根據權利要求1所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在 于:所述多光束分光及合束組件包括第一分光鏡(11)、第二分光鏡(12)、第一反射鏡(13)、第二反射鏡(15)、第三反射鏡(14)、第四反射鏡(16),平行光經過第一分光鏡(11)分成兩束光,其中一束光經第一反射鏡(13)反射后作為光束Ⅰ照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面,另一束光經過第二分光鏡(12)再次被分成兩束光,其中一束光經第二反射鏡(15)折轉光路再經第三反射鏡(14)反射后作為光束Ⅱ照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)的表面上,另一束光經第四反射鏡(16)反射后作為光束Ⅲ照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面。

7.  根據權利要求6所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于:所述經第一反射鏡(13)反射后照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面的光束Ⅰ、經第三反射鏡(14)反射后照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面的光束Ⅱ、經第四反射鏡(16)反射后照射在固定于基片臺(18)上的基片(17)表面的光束Ⅲ的入射角相同,并且每兩束光之間的夾角也相同。

8.  根據權利要求1所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于:所述閃耀光柵(5)為反射式閃耀光柵,其宏觀平面垂直于入射光束的入射方向;具體為:由所述相干光源(1)發出的波長為λ、帶寬為Δλ的激光束,以正入射的方式沿著閃耀光柵(5)的宏觀平面的法線方向,照射在反射式閃耀光柵(5)上。

9.  根據權利要求1所述的采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,其特征在于:所述小孔光闌(6)的開孔大小和距離位置由開孔對閃耀光柵(5)中心的張角確定,具體為:根據張角與目標帶寬Δλ1、光柵常數d、一級衍射角θ的關系式確定。

說明書

說明書采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統
技術領域
本發明屬于激光干涉光刻技術領域,具體涉及一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統。
背景技術
激光干涉光刻系統利用兩束或兩束以上相干光以一定的方式組合干涉,在空間干涉場內產生有規律的強弱變化的光強度分布,對涂有光致抗蝕劑的基片表面照射進行曝光,顯影后在光致抗蝕劑層內產生與干涉圖案相對應的光刻膠圖形,該圖形可看做是為進一步在基片表面刻蝕出線陣、點陣或孔陣圖形的模板。激光干涉光刻技術因為其不需要昂貴的投影光刻物鏡,用常規的光學元件通過合理的光路布局即可實現微米級的線陣、孔、點陣列的光刻,越來越多地應用于表面密集的周期型陣列圖形的制作。在激光干涉光刻系統中,多光束干涉需要對從激光光源中出射的光多次分光,獲得多個相干光束,并通過反射鏡等光學元件將這些相干光束以一定的夾角匯聚投影照射在基片表面。在激光干涉光刻系統中,激光光源的相干長度是有限的,為保證在基片表面獲得干涉圖形,各光路之間的光程差必須控制在激光光源的相干長度以內。然而,為了顧及光致抗蝕劑的感光波段范圍,在搭建激光干涉光刻系統時,激光器工作波長的選擇范圍受到限制,在有限的選擇范圍內,其單色性不能得到保證,有些滿足工作波長需求的激光器的相干長度僅有幾毫米,使干涉光刻系統中多次分光及光路轉折匯聚的過程中光路的布局十分困難,甚至由于受到不同的光刻膠的感光波段范圍的限制,在某些波長范圍內很難找到滿足光路所需的相干長度的激光光源。
發明內容
有鑒于此,本發明的主要目的在于提供一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻 系統。
為達到上述目的,本發明的技術方案是這樣實現的:
本發明實施例提供一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,該激光干涉光刻系統包括光源組件、擴束準直組件、多光束分光及合束組件、基片臺,所述光源組件包括相干光源、第一透鏡、第二透鏡、閃耀光柵,所述相干光源發出的激光束依次經第一透鏡、第二透鏡后,再經反射鏡折轉光路后照射在閃耀光柵上,經閃耀光柵衍射后波長等于一級閃耀波長的光束經過小孔光闌出射,再經所述擴束準直組件、多光束分光及合束組件后分成多個相干光束并同時匯聚照射在位于基片臺上的基片表面。
上述方案中,所述經所述小孔光闌出射的光束經反射鏡折轉光路后,再進入到所述擴束準直組件。
上述方案中,所述擴束準直組件采用顯微物鏡、針孔光闌、擴束鏡,進入擴束準直組件的光束經顯微物鏡、針孔光闌、擴束鏡將光束擴束并準直成平行光,然后進入到所述多光束分光及合束組件。
上述方案中,所述多光束分光及合束組件包括第一分光鏡、第一反射鏡,從擴束準直組件出射的平行光經第一分光鏡分成的兩束光,其中一束光直接照射在固定于基片臺上的基片表面,另一束光經第一反射鏡反射后照射在固定于基片臺上的基片表面。
上述方案中,所述經第一分光鏡后直接照射在固定于基片臺上的基片表面的光束,和經第一反射鏡反射后照射在固定于基片臺上的基片表面的光束,入射角相同。
上述方案中,所述多光束分光及合束組件包括第一分光鏡、第二分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡,平行光經過第一分光鏡分成兩束光,其中一束光經第一反射鏡反射后作為光束Ⅰ照射在固定于基片臺上的基片表面,另一束光經過第二分光鏡再次被分成兩束光,其中一束光經第二反射鏡折轉光路再經第三反射鏡反射后作為光束Ⅱ照射在固定于基片臺上的基片的表面上,另一束光經第四反射鏡反射后作為光束Ⅲ照射在固定于基片臺 上的基片表面。
上述方案中,所述經第一反射鏡反射后照射在固定于基片臺上的基片表面的光束Ⅰ、經第三反射鏡反射后照射在固定于基片臺上的基片表面的光束Ⅱ、經第四反射鏡反射后照射在固定于基片臺上的基片表面的光束Ⅲ的入射角相同,并且每兩束光之間的夾角也相同。
上述方案中,所述閃耀光柵為反射式閃耀光柵,其宏觀平面垂直于入射光束的入射方向;具體為:由所述相干光源發出的波長為λ、帶寬為Δλ的激光束,以正入射的方式沿著閃耀光柵的宏觀平面的法線方向,照射在反射式閃耀光柵上。
上述方案中,所述小孔光闌的開孔大小和距離位置由開孔對閃耀光柵中心的張角確定,具體為:根據張角與目標帶寬Δλ1、光柵常數d、一級衍射角θ的關系式確定。
與現有技術相比,本發明的有益效果:
本發明采用閃耀光柵和光闌相結合對從激光器出射的光進行定向衍射和濾波,既壓窄了激光光源的譜線寬度,同時也降低了濾波造成的光能量的損失,能顯著增加干涉光刻系統中光源的相干長度,從而增加多光束干涉系統中各光路的光學零部件擺放位置的靈活性,加大光路調整的寬容度,并且也降低了對激光光源譜線寬度的要求,擴大了激光光源的選擇范圍。
附圖說明
圖1為本發明實施例1提供一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統的結構示意圖;
圖2為本發明實施例2提供一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統的結構示意圖;
圖3為本發明實施例中的閃耀光柵的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。
為說明本發明所涉及的系統中的主要參數之間的關系,首先需要說明一些參數的定義。
入射角是指入射光與光柵宏觀平面的法線之間的夾角,在本發明專利中,入射角為零;衍射角θ指衍射光與光柵宏觀平面的法線之間的夾角;閃耀角α定義為光柵的傾斜反射面與宏觀平面之間的夾角;光柵常數d即是光柵狹縫的縫距。
實施例1:
本發明實施例提供一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,如圖1所示,該激光干涉光刻系統包括光源組件、擴束準直組件、多光束分光及合束組件、基片臺18,所述光源組件包括相干光源1、第一透鏡2、第二透鏡3、閃耀光柵5,所述相干光源1發出的光束依次經第一透鏡2、第二透鏡3后,再經反射鏡4折轉光路后照射在閃耀光柵5上,經閃耀光柵5衍射后波長等于一級閃耀波長的光束經過小孔光闌6出射,再經所述擴束準直組件將過濾后的激光束擴束并準直成平行光,經多光束分光及合束組件將光束分成多束相干光并將各束相干光同時匯聚照射在固定于基片臺18上的涂有光致抗蝕劑的基片17表面,利用多光束干涉圖案對基片17表面涂覆的光致抗蝕劑進行曝光,獲得與干涉圖案相似的光刻膠圖形。
經所述小孔光闌6出射的光束經反射鏡7折轉光路后,再進入到所述擴束準直組件。
所述擴束準直組件采用了顯微物鏡8、針孔光闌9、擴束鏡10。
所述多光束分光及合束組件包括第一分光鏡11、第一反射鏡13,從擴束準直組件出射的平行光經第一分光鏡11分成的兩束光,其中一束光直接照射在固定于基片臺18上的基片17表面,另一束光經第一反射鏡13反射后照射在固定于基片臺18上的基片17表面。
所述經第一分光鏡11后直接照射在固定于基片臺18上的基片17表面的光束,和經第一反射鏡13反射后照射在固定于基片臺18上的基片17表面的光束,入射角相同,用雙光束干涉圖案對基片17表面涂覆的光致抗蝕劑曝光。
所述基片臺18可繞臺面的法線即基片17表面的法線轉動,雙光束曝光結束之后,將基片臺18繞表面法線轉動90°,再對基片臺18上的基片17用同一個光學系統進行二次曝光,即完成雙光束雙曝光。
如圖3所示,虛線所示的平面,是閃耀光柵的宏觀平面,宏觀平面的法線為點劃線是閃耀光柵傾斜反射面的法線,所述閃耀光柵5為反射式閃耀光柵,其宏觀平面垂直于入射光束的入射方向;具體為:由所述相干光源1發出的波長為λ、帶寬為Δλ的激光束,以正入射的方式沿著閃耀光柵5的宏觀平面的法線方向,照射在反射式閃耀光柵5上。
所述小孔光闌6安置在衍射光的行進方向上,其方向由衍射角θ確定,在本發明所涉及的系統中,衍射角θ可由其與閃耀光柵5的閃耀角α的關系式θ=2α求得;所述小孔光闌6進一步過濾掉偏離閃耀波長的光,獲得比相干光源更窄的譜線寬度。
所述小孔光闌6的開孔大小和距離位置由開孔對閃耀光柵5中心的張角確定,具體為:根據張角與目標帶寬Δλ1、光柵常數d、一級衍射角θ的關系式確定。
例如:所述閃耀光柵5的光柵常數為1μm,閃耀角為12°,光柵表面鍍有反射膜。在正入射的情況下,激光束經過閃耀光柵5的定向衍射后,一級閃耀波長為406.7nm的光,沿著衍射角為24°的方向行進,通過放置在行進方向上的小孔光闌6;小孔光闌6的開孔大小為Φ10μm,距閃耀光柵5中心距離為552.5mm;在保持小孔光闌6對閃耀光柵5中心的張角不變或變小的情況下,小孔光闌6的開孔大小也選用Φ5μm,與閃耀光柵5中心的距離為276.2mm。
實施例1中的閃耀光柵5,也可采用光柵常數為625nm,閃耀角為20.2°,同樣鍍有反射膜的閃耀光柵;此時閃耀波長變為405.1nm,衍射角變為40.4°。位于閃耀光柵5后面的小孔光闌6,擺放位置調整到沿40.2°的衍射角方向,讓光束通過。小孔光闌6的開孔直徑可選Φ10μm,小孔光闌6距閃耀光柵5中心距離為290.1mm;小孔光闌6的開孔大小也選用Φ5μm,此時小孔光闌6 與閃耀光柵5中心的距離為145.0mm。
實施例2:
本發明實施例提供一種采用閃耀光柵的激光干涉光刻系統,如圖2所示,該激光干涉光刻系統包括光源組件、擴束準直組件、多光束分光及合束組件、基片臺18,所述光源組件包括相干光源1、第一透鏡2、第二透鏡3、閃耀光柵5,所述相干光源1發出的激光束依次經由第一透鏡2、第二透鏡3組成的透鏡組后將發散角減小,再經反射鏡4折轉光路后照射在閃耀光柵5上,經閃耀光柵5衍射后波長等于一級閃耀波長的光束經過小孔光闌6出射,再經過所述擴束準直組件將過濾后的激光束擴束并準直成平行光,經多光束分光及合束組件將光束分成多束相干光并將各束相干光同時匯聚照射在固定于基片臺18上的涂有光致抗蝕劑的基片17表面,利用多光束干涉圖案對基片17表面涂覆的光致抗蝕劑進行曝光,獲得與干涉圖案相似的光刻膠圖形。
經所述小孔光闌6出射的光束經反射鏡7折轉光路后,再進入到所述擴束準直組件。
所述擴束準直組件采用顯微物鏡8、針孔光闌9、擴束鏡10,將光束擴束并準直成平行光。
所述多光束分光及合束組件包括第一分光鏡11、第二分光鏡12、第一反射鏡13、第二反射鏡15、第三反射鏡14、第四反射鏡16,平行光經過第一分光鏡11分成兩束光,其中一束光經第一反射鏡13反射后作為光束Ⅰ照射在固定于基片臺18上的基片17表面,另一束光經過第二分光鏡12再次被分成兩束光,其中一束光經反射鏡15折轉光路再經反射鏡14反射后作為光束Ⅱ照射在固定于基片臺18上的基片17的表面上,另一束光經反射鏡16反射后作為光束Ⅲ照射在固定于基片臺18上的基片17表面。
所述經第一反射鏡13反射后照射在固定于基片臺18上的基片17表面的光束Ⅰ、經第三反射鏡14反射后照射在固定于基片臺18上的基片17表面的光束Ⅱ、經第四反射鏡16反射后照射在固定于基片臺18上的基片17表面的光束Ⅲ的入射角相同,并且每兩束光之間的夾角也相同,用三光束的干涉圖案對基片 17表面涂覆的光致抗蝕劑進行曝光。
如圖3所示,所述閃耀光柵5為反射式閃耀光柵,其宏觀平面垂直于入射光束的入射方向;具體為:由所述相干光源1發出的波長為λ、帶寬為Δλ的激光束,以正入射的方式沿著閃耀光柵5的宏觀平面的法線方向,照射在反射式閃耀光柵5上。
所述小孔光闌6安置在衍射光的行進方向上,其方向由衍射角θ確定,衍射角θ可由其與閃耀光柵5的閃耀角α的關系式θ=2α求得;所述小孔光闌6進一步過濾掉偏離閃耀波長的光,獲得比相干光源更窄的譜線寬度。
所述小孔光闌6的開孔大小和距離位置由開孔對閃耀光柵5中心的張角確定,具體為:根據張角與目標帶寬Δλ1、光柵常數d、一級衍射角θ的關系式確定。
本發明具有光能利用率高、相干長度長的優點,既增加了光路調整的靈活性和寬容度,又降低了激光光源譜線寬度要求,擴大了激光光源的選擇范圍。
以上所述,僅為本發明的較佳實施例而已,并非用于限定本發明的保護范圍。

關 鍵 詞:
采用 閃耀 光柵 激光 干涉 光刻 系統
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