一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法，包括步骤：1)生成由多束子光束组成的高通量并行刻写光束；2)独立控制高通量并行刻写光束中各子光束的通断；3)将高通量并行刻写光束聚焦在光刻样品上；4)高通量并行刻写光束水平扫描配合光刻样品垂直移动实现小区域直写光刻；5)光刻样品大范围三维移动实现三维直写光刻。本发明专利技术还提供一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的装置。本发明专利技术相较于现有技术，具有直写光刻加工效率高、加工速度快和加工样品尺度大的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法和装置
本专利技术属于光学工程领域，特别涉及一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法和装置。
技术介绍
激光直写加工技术是一种具有微米加工精度，又具备三维打印能力的微加工技术。可以灵活地制造相应尺度结构的机械、电子和光学器件。同时，简化了加工工艺，特别适合用于新型器件的研究与试制。激光直写加工技术根据其实现的加工方式不同，可以分为投影直写加工、电扫描直写加工和机械扫描直写加工。其中，投影直写加工单次加工面积最大，加工效率很高，但是由于刻写光投影器件本身的投影分辨率较低，且器件面型往往存在不均匀性，导致其加工样品的分辨率很低，不适合高精度加工。电扫描直写加工的特点是扫描速度相对于一般的机械扫描更快，但是这种方式目前只能实现单点扫描，且一次扫描面积很小。所以此种方式实际加工效率并不高。机械扫描直写加工是目前使用最广泛的直写加工方式。常规的机械扫描器件包括压电平台、振镜等，机械扫描工作稳定，扫描范围大，但是扫描速度最慢，加工大尺度器件时间过长，无法适应大尺寸器件的加工需求。可见，以上直写加工方法都具有自身的局限性，因此需要一种高速高通量的激光直写加工方法来满足高分辨、大尺度加工的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法，利用该方法可以生成实现高速扫描的高通量并行刻写光束，从而进行并行激光直写光刻，大幅度提高了光刻的速度与加工面积。为了实现上述目的，本专利技术提供的实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法，包括以下步骤：1)生成由多束子光束组成的高通量并行刻写光束；2)独立控制高通量并行刻写光束中各子光束的通断；3)高通量并行刻写光束通过高速转镜反射后，聚焦在光刻样品上，产生高通量并行刻写聚焦光斑；高通量并行刻写光束的子光束排列方向与转镜的旋转方向相垂直，通过转镜旋转改变高通量并行刻写光束的水平反射方向，实现单周期水平方向并行扫描；4)高通量并行刻写光束水平扫描配合光刻样品垂直移动实现小区域直写光刻；5)光刻样品大范围三维移动实现三维直写光刻。进一步地，所述的高通量并行刻写光束的各子光束在同一子午面内，为等角间隔单列排列。为了使投射到样品上的光斑光强分布更均匀，进一步地，将所述的高通量并行刻写光束转换为圆偏光后，对样品进行扫描光刻。本专利技术的另一目的为提供一种高通量并行激光扫描直写光刻装置，该装置可用于实现上述方法。该装置中使用高速转镜反射高通量并行刻写光束，配合样品平移运动机构运动完成并行扫描，极大地提高了直写光刻的加工速度和加工面积。一种高通量并行激光扫描直写光刻装置，包括：激光光源，用于发出刻写激光；扩束整形装置，用于产生高质量的扩束、准直偏振光；空间光调制器，用于产生由多束子光束组成的高通量并行刻写光束；多通道光开关装置，用于独立控制高通量并行刻写光束中各子光束的通断；高速转镜系统，用于实现高通量并行刻写光束的水平扫描；聚焦透镜系统，用于将高通量并行刻写光束聚焦在光刻样品上，产生高通量并行刻写聚焦光斑；样品平移运动机构，用于将光刻样品垂直步进移动和大范围三维移动。进一步地，扩束整形装置包括依次置于光轴上的：用于产生线偏光的起偏器；用于调整光束偏振方向的第一二分之一波片；用于扩束与整形的第一透镜、小孔和第二透镜。其中所述第一透镜与第二透镜组成4f系统；所述小孔置于第一透镜与第二透镜的共焦位置。进一步地，多通道开关装置包括：用于将高通量并行刻写光束转换为聚焦光的第三透镜；用于独立控制高通量并行刻写光束中各子光束通断的多通道声光调制器；用于将高通量并行刻写光束恢复为准直光束的第四透镜；用于旋转偏振方向的第二二分之一波片；用于将高通量并行刻写光束转换为圆偏光的四分之一波片。其中，所述第三透镜缩束的宽度满足多通道声光调制器的调制宽度要求。所述多通道声光调制器放置于第三透镜后焦点处，多通道声光调制器的通道数量与高通量并行刻写光束的子光束数量相同，各刻写子光束入射多通道声光调制器相应通道的光学入口并从相应通道的光学出口处正常出射。进一步地，高速转镜系统包括：用于实现使高通量并行刻写光束水平角度扫描的高速转镜；用于将水平角度扫描转换为水平位移扫描的扫描透镜。进一步地，聚焦透镜系统包括：场镜与物镜。其中，上述扫描透镜与所述场镜、物镜依次置于同一光轴，扫描透镜与场镜组成4f系统，将高速转镜的反射镜面共轭于物镜入瞳面位置。进一步地，空间光调制器调制产生10束等角间隔出射光束。进一步地，高通量并行刻写光束的排列方向与高速转镜的旋转方向垂直。进一步地，扫描透镜为f-θ透镜。进一步地，样品平移运动机构为压电位移平台。本专利技术的原理如下：样品平移运动机构与高速转镜系统联动控制，高速转镜工作后，每旋转一个反射面，经其反射的高通量并行刻写光束即完成一个水平周期的扫描；每完成一个周期的水平方向并行扫描后，样品平移运动机构带动样品向垂直方向做一个单行扫描宽度的微小步进移动；步进移动完成后同步开始下一周期水平扫描，重复上述过程，直至完成区域小范围并行直写光刻。然后样品平移运动机构带动样品做大范围三维移动，定位到下一个刻写区域，并再次开始此区域的直写光刻。在光刻过程中，光开关装置配合样品平移运动机构与高速转镜系统，独立控制每束刻写子光束的通断，实现任意图形并行三维高速直写光刻。本专利技术对比已有技术的优点是，同时具备了以下功能：1)多束光束同时扫描，独立控制通断，实现了任意图形高通量并行刻写，提升了直写加工效率；2)高速转镜扫描，实现了高速扫描加工；3)样品平移运动机构带动样品进行大范围三维移动，实现了大尺度三维直写加工。附图说明图1为本专利技术高通量并行激光扫描直写光刻装置的示意图；图2为本专利技术中高通量并行刻写聚焦光斑的分布示意图；图3为本专利技术中高通量并行刻写光束与高速转镜的位置关系示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术由激光器产生直写光束，经由空间光调制器调制，产生高通量并行刻写光束。多通道声光调制器作为各子光束的光开关控制子光束的通断。高通量并行刻写光束通过高速转镜反射，经后续透镜聚焦后，在样品中产生高通量并行刻写聚焦光斑。压电位移平台移动样品，配合高速转镜旋转扫描与声光调制器控制光路通断，实现激光在样品中的高速三维直写加工。光电图像采集器通过照明光对样品进行实时成像，监控直写加工进程。如图1所示，本实施例提供的一种高通量并行激光扫描直写光刻装置包括：激光器1，起偏器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法，其特征在于，包括步骤：/n1)生成由多束子光束组成的高通量并行刻写光束；/n2)独立控制高通量并行刻写光束中各子光束的通断；/n3)高通量并行刻写光束通过高速转镜反射后，聚焦在光刻样品上，产生高通量并行刻写聚焦光斑；高通量并行刻写光束的子光束排列方向与转镜的旋转方向相垂直，通过转镜旋转改变高通量并行刻写光束的水平反射方向，实现单周期水平方向并行扫描；/n4)高通量并行刻写光束水平扫描配合光刻样品垂直移动实现小区域直写光刻；/n5)光刻样品大范围三维移动实现三维直写光刻。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法，其特征在于，包括步骤：
1)生成由多束子光束组成的高通量并行刻写光束；
2)独立控制高通量并行刻写光束中各子光束的通断；
3)高通量并行刻写光束通过高速转镜反射后，聚焦在光刻样品上，产生高通量并行刻写聚焦光斑；高通量并行刻写光束的子光束排列方向与转镜的旋转方向相垂直，通过转镜旋转改变高通量并行刻写光束的水平反射方向，实现单周期水平方向并行扫描；
4)高通量并行刻写光束水平扫描配合光刻样品垂直移动实现小区域直写光刻；
5)光刻样品大范围三维移动实现三维直写光刻。


2.如权利要求1所述的实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法，其特征在于，所述的高通量并行刻写光束在同一子午面内，为等角间隔单列排列。


3.如权利要求1所述的实现高通量并行激光扫描直写光刻的方法，其特征在于，将所述的高通量并行刻写光束转换为圆偏光后，对样品进行扫描光刻。


4.一种实现高通量并行激光扫描直写光刻的装置，其特征在于，包括：
激光光源，用于发出刻写激光；
扩束整形装置，用于产生高质量的扩束、准直偏振光；
空间光调制器，用于产生高通量并行刻写光束；
多通道光开关装置，用于独立控制高通量并行刻写光束中各子光束的通断；
高速转镜系统，用于实现高通量并行刻写光束的水平并行扫描；
聚焦透镜系统，用于将高通量并行刻写光束聚焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，周国尊，谢舜宇，刘旭，李海峰，
申请(专利权)人：浙江大学，杭州柏纳光电有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33