一种光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法技术

本发明专利技术公开了一种光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法，它利用涡旋光的光场特性实现约束曝光，利用涡旋光的干涉特性实现调焦。从基片表面反射并经物镜透射的涡旋光束，在光学平行平板上进行剪切干涉。干涉图案当准焦时呈现对称性，当离焦时为非对称分叉图案，并且在正负离焦状态下其分叉图案正好相反，利用图案可实现调焦检测。本发明专利技术的调焦方法简单紧凑，涡旋光束一物两用，干涉调焦检测有很高的灵敏度，且干涉图案不受光源稳定性和光斑均匀性等影响。

A Method of Focusing by Vortex Light Shearing Interference in Lithography Controlled by Optical Field

【技术实现步骤摘要】
一种光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法
本专利技术涉及一种超分辨激光光刻中的调焦方法，具体地说，涉及一种在光场调控超分辨光刻中将调控用涡旋光同时用于剪切干涉调焦的方法。
技术介绍
光场调控光刻是一种新颖的超分辨微细线条加工手段，其利用约束光如涡旋光来约束写入光束，使光刻线宽远小于单独写入光束作用时所能达到的衍射极限。为了达到更细的线条，光刻系统通常会采用大数值孔径物镜，这使光刻系统的焦深急剧减小，因此需要高灵敏度的调焦单元，并尽可能简单高效。在基于涡旋光的光场调控超分辨光刻中，涡旋光的功能仅仅是对写入光束的光场进行约束，达到超分辨光刻的效果。目前尚未有利用涡旋光的平板剪切干涉图案进行光场调控超分辨光刻系统调焦的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法。本专利技术将该涡旋光同时用于调焦，在涡旋光的反射光路上设置光学平行平板，利用涡旋光的剪切干涉图案，提取离焦信息，达到高灵敏度调焦目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法，该方法包括如下步骤：(1)写入光束和涡旋光束经合束器合束后，依次经分束器和物镜，入射到基片。(2)涡旋光束经基片反射后，经物镜透射，分束器反射，入射到光学平行平板上，并在其表面产生剪切干涉，然后在面阵探测器上形成干涉图案。(3)若干涉图案呈现成对的分叉条纹且左支分叉开口向上、右支分叉开口向下时，减小基片和物镜之间的距离；若干涉图案呈现成对的分叉条纹且左支分叉开口向下、右支分叉开口向上时，增大基片和物镜之间的距离；若干涉图案呈现完全对称的双月形图案，表明基片的表面位于物镜的焦点处，实现光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术无需设置额外的调焦光源，巧妙地将涡旋光一物两用，简化光学系统。它利用涡旋光的光场特性实现约束曝光，利用涡旋光的干涉特性实现调焦。2.本专利技术基于干涉调焦，有更高的离焦检测灵敏度，有利于超分辨光刻背景下的小焦深调焦检测。同时相比基于能量的检测法，干涉检测对光强波动、光斑不均匀等不敏感。3.本专利技术利用的是涡旋光基于平行平板的剪切干涉，其干涉图案形状不受平行平板姿态影响。而通常的平面波剪切干涉基于楔形平板，其干涉图案受楔形平板姿态影响，即如果用于调焦则需要事先精确标定。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是负离焦干涉图样；图3是准焦干涉图样；图4是正离焦干涉图样；图中：1.基片，2.物镜，3.分束器，4.涡旋光束，5.合束器，6.写入光束，7.面阵探测器，8.光学平行平板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法包括如下步骤：1、写入光束6和涡旋光束4经合束器5合束后，依次经分束器3和物镜2，入射到基片1。写入光束6为激光。涡旋光束4可以由激光经位相板、空间光调制器等产生。合束后，写入光束6和涡旋光束4重合。写入光束6和涡旋光束4的波长不同。2、涡旋光束4经基片1反射后，经物镜2透射，分束器3反射，入射到光学平行平板8上，并在其表面产生剪切干涉，然后在面阵探测器7上形成干涉图案。涡旋光束4在基片1表面反射后，经过物镜2和分束器3射向一块光学平行平板8，该光学平行平板8使该光束反射并发生剪切干涉，然后在面阵探测器7上形成干涉图案；当离焦时，该干涉图案呈现左右不对称的分叉对，且在正负离焦两个方向，分叉对的分叉方向正好相反。当准焦时，该干涉图案呈现完全对称的双月形图案。3、若干涉图案呈现成对的分叉条纹且左支分叉开口向上、右支分叉开口向下时(如图2所示)，减小基片1和物镜2之间的距离；若干涉图案呈现成对的分叉条纹且左支分叉开口向下、右支分叉开口向上时(如图4所示)，增大基片1和物镜2之间的距离；若干涉图案呈现完全对称的双月形图案(如图3所示)，表明基片1的表面位于物镜2的焦点处，实现光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦。基片1、物镜2、合束器5、涡旋光束4及写入光束6构成基本的光场调控超分辨激光光刻系统。基片1、物镜2、分束器3、涡旋光束4、光学平行平板8及面阵探测器7构成剪切干涉调焦系统。基片1放置在六轴位移台上，可在自由空间的六个自由度内任意调节其角度和位置，在调焦开始前应使其与入射的涡旋光束4及写入光束6垂直。物镜2是消色差的，以保证波长并不相同的涡旋光束4和写入光束6的准焦位置相同。图2-4所示的离焦图样可传输到计算机并进行后续调焦处理，离焦检测可以基于人眼判断分析，也可利用机器视觉分析。调焦既可是基于人眼或机器视觉的静态调焦，也可是基于机器视觉及闭环状态下的动态调焦。本专利技术的调焦精度和物镜1的数值孔径密切相关，对于高数值孔径的物镜，其调焦精度可以达到亚微米量级。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）、写入光束（6）和涡旋光束（4）经合束器（5）合束后，依次经分束器（3）和物镜（2），入射到基片（1）；（2）、涡旋光束（4）经基片（1）反射后，经物镜（2）透射，分束器（3）反射，入射到光学平行平板（8）上，并在其表面产生剪切干涉，然后在面阵探测器（7）上形成干涉图案；（3）、若干涉图案呈现成对的分叉条纹且左支分叉开口向上、右支分叉开口向下时，减小基片（1）和物镜（2）之间的距离；若干涉图案呈现成对的分叉条纹且左支分叉开口向下、右支分叉开口向上时，增大基片（1）和物镜（2）之间的距离；若干涉图案呈现完全对称的双月形图案，表明基片（1）的表面位于物镜（2）的焦点处，实现光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦。

【技术特征摘要】
1.一种光场调控光刻中的涡旋光剪切干涉调焦方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）、写入光束（6）和涡旋光束（4）经合束器（5）合束后，依次经分束器（3）和物镜（2），入射到基片（1）；（2）、涡旋光束（4）经基片（1）反射后，经物镜（2）透射，分束器（3）反射，入射到光学平行平板（8）上，并在其表面产生剪切干涉，然后在面阵探测器（7）上形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宜勇，李雄风，詹世超，朱蓓蓓，墨洪磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33