可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法与装置，本发明专利技术装置利用像旋转器对多光束排布方向进行旋转，使得多光束排布方向与转镜扫描方向连续可调，实现了五种不同的高速扫描策略。本发明专利技术基于上述五种不同扫描策略，有效解决了现有并行激光直写由于扫描策略单一导致扫描效果与扫描速度不佳的问题。本发明专利技术针对不同应用，使用不同扫描策略，实现扫描速度与扫描质量的双重提升。实现扫描速度与扫描质量的双重提升。实现扫描速度与扫描质量的双重提升。

【技术实现步骤摘要】
可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法与装置


[0001]本专利技术属于双光子激光直写光刻领域，尤其涉及一种可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法与装置。

技术介绍

[0002]双光子激光直写可以在保持nm
‑
um级高精度的同时，实现mm
‑
cm级介观尺寸物体的加工。这一能力允许人们在介观尺寸物体上实现微米级甚至纳米级的功能特征，这在高精度新型复杂器件与结构研究领域显得尤其重要，例如片上集成系统，微纳光学，超材料等。现阶段，双光子激光直写光刻技术依然存在一些问题，其中难以实现介观尺度的高速刻写是制约其进一步推广的主要因素，以扫描速度不足与刻写策略不完善为主要原因。
[0003]使用更高速的扫描元件对传统振镜进行替换，例如多面体扫描镜(PLS)，又称转镜，或者声光偏转器(AOD)可有效提高刻写速度。另一方面，使用多光束同步扫描也是提升刻写速度的有效方法。如何将两者有效结合，是目前双光子激光直写光刻发展的一个主流方向。目前，AOD因为对光入射角要求高以及群速度色散等问题，难以与多光束扫描相结合，而转镜，可以达到与AOD同等级的扫描速度，并且易于和多光束扫描相结合。但是转镜只能沿同一个方向扫描，因此它在使用上不够灵活。目前使用转镜进行多光束并行激光直写的方法比较简单，难以真正发挥多光束转镜扫描的优势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法与装置。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法，包括以下步骤：
[0006]a)基于激光器产生一束刻写激光；
[0007]b)基于光学衍射器件生产不同衍射方向传播的多路光束；
[0008]c)基于多通道高速光开关独立控制每束光开关；
[0009]d)基于转镜对多光束进行高速扫描，实现第一维扫描；
[0010]e)选择扫描策略一、二、三、四、五中的一种，基于像旋转器对多光束排布方向进行调制，实现三维扫描光刻。
[0011]进一步地，所述扫描策略一包括步骤：
[0012]a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向垂直；
[0013]b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描N次，N＝1，2，3...，完成同一行N次扫描；
[0014]c)关闭多通道高速光开关，位移台沿垂直转镜扫描方向进行一次步进移动；
[0015]d)重复步骤b)和步骤c)，当位移台完成指定次步进后，相邻光束刻写区域开始重合，此时位移台进行一次长距离运动，移动距离L1为：L1＝D
相邻
×
N
光束
，其中D
相邻
表示多光束相
邻两束光的距离，N
光束
表示多光束数；
[0016]e)重复步骤b～d)，直到所有图形刻写完成。
[0017]进一步地，所述扫描策略二包括步骤：
[0018]a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向平行；
[0019]b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描N次，N＝1，2，3...，完成同一行N次扫描；
[0020]c)关闭多通道高速光开关，位移台沿垂直转镜扫描方向进行一次步进移动；
[0021]d)重复步骤b)和步骤c)，当位移台完成指定次步进后，完成垂直于转镜扫描方向的一整列区域刻写，此时位移台沿平行于转镜扫描方向进行一次运动，移动距离L2为：L2＝L
转镜
，其中L
转镜
表示转镜一次扫描可实现的刻写范围；
[0022]e)重复步骤b～d)，直到所有图形刻写完成。
[0023]进一步地，所述扫描策略三包括步骤：
[0024]a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向呈一个小角度θ3，角度大小满足：sinθ3＝δd/D
相邻
，其中δd表示相邻两行的设定间距；
[0025]b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描N次，N＝1，2，3...，完成同一行N次扫描；
[0026]c)关闭多通道高速光开关，位移台沿垂直或平行转镜扫描方向进行一次步进移动；
[0027]d)重复步骤b)和步骤c)，当位移台完成指定次步进后，完成垂直于转镜扫描方向的一整列区域刻写，此时位移台沿平行于转镜扫描方向进行一次运动，移动距离L3为：L3＝L
转镜
‑
L
无效3
，其中L
转镜
表示转镜一次扫描可实现的刻写范围，L
无效3
表示由于多光束倾斜而导致的无效刻写区域，L
无效3
＝D
相邻
×
N
光束
/cosθ3；
[0028]e)重复步骤b～d)，直到所有图形刻写完成。
[0029]进一步地，所述扫描策略四包括步骤：
[0030]a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向平行；
[0031]b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描与位移台扫描同步进行，位移台以恒定速度移动，方向与实际刻写方式垂直，此时实际刻写方向会与转镜扫描方向呈一个小角度θ4，角度大小满足：其中v
stage
表示位移台移动速度，v
PLS
表示转镜扫描速度；
[0032]c)位移台匀速扫描直到完成一整列区域刻写，关闭光开关；
[0033]d)位移台先沿平行于刻写方向进行一次步进移动，移动距离L4为：L4＝L
转镜
‑
L
无效4
，其中L
转镜
表示转镜一次扫描可实现的刻写范围，L
无效4
表示由于多光束倾斜而导致的无效刻写区域，L
无效4
＝D
相邻
×
N
光束
/cosθ4；随后再沿先前匀速扫描反向进行一次步进移动，移动距离L4‑2＝L
列
，L
列
表示一整列刻写区域的长度。
[0034]e)重复步骤b～d)，直到所有图形刻写完成。
[0035]进一步地，所述扫描策略五包括步骤：
[0036]a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向平行；
[0037]b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描与位移台扫描同步进
行，位移台以恒定速度移动，方向与转镜扫描方式垂直，此时实际刻写方向会与转镜扫描方向呈一个小角度θ5，角度大小满足：位移台移动速度v
stage
与转镜扫描速度v
PLS
满足：
[0038]c)位移台匀速扫描直到完成一整列区域刻写，关闭光开关；
[0039]d)位移台沿平行于刻写方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法，其特征在于，包括步骤：a)基于激光器产生一束刻写激光。b)基于光学衍射器件生产不同衍射方向传播的多路光束。c)基于多通道高速光开关独立控制每束光开关。d)基于转镜对多光束进行高速扫描，实现第一维扫描。e)选择扫描策略，基于像旋转器对多光束排布方向进行调制，实现三维扫描光刻。2.如权利要求1所述可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法，其特征在于，所述扫描策略包括以下步骤：1a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向垂直；1b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描N次，N＝i，2，3...，完成同一行N次扫描；1c)关闭多通道高速光开关，位移台沿垂直转镜扫描方向进行一次步进移动；1d)重复步骤1b)和步骤1c)，当位移台完成指定次步进后，相邻光束刻写区域开始重合，此时位移台进行一次长距离运动，移动距离L1为：L1＝D
相邻
×
N
光束
，其中D
相邻
表示多光束相邻两束光的距离，N
光束
表示多光束数；le)重复步骤1b)～1d)，直到所有图形刻写完成。3.如权利要求1所述可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法，其特征在于，所述扫描策略包括以下步骤：2a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向平行；2b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描N次，N＝1，2，3...，完成同一行N次扫描；2c)关闭多通道高速光开关，位移台沿垂直转镜扫描方向进行一次步进移动；2d)重复步骤2b)和步骤2c)，当位移台完成指定次步进后，完成垂直于转镜扫描方向的一整列区域刻写，此时位移台沿平行于转镜扫描方向进行一次运动，移动距离L2为：L2＝L
转镜
，其中L
转镜
表示转镜一次扫描可实现的刻写范围；2e)重复步骤2b)～2d)，直到所有图形刻写完成。4.如权利要求1所述可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法，其特征在于，所述扫描策略包括以下步骤：3a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向呈一个小角度，角度大小满足：sinθ3＝δd/D
相邻
，其中δd表示相邻两行的设定间距；3b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描N次，N＝1，2，3...，完成同一行N次扫描；3c)关闭多通道高速光开关，位移台沿垂直或平行转镜扫描方向进行一次步进移动；3d)重复步骤3b)和步骤3c)，当位移台完成指定次步进后，完成垂直于转镜扫描方向的一整列区域刻写，此时位移台沿平行于转镜扫描方向进行一次运动，移动距离L3为：L3＝L
转镜
‑
L
无效3
，其中L
转镜
表示转镜一次扫描可实现的刻写范围，L
无效3
表示由于多光束倾斜而导致的无效刻写区域，L
无效3
＝D
相邻
×
N
光束
/cosθ3；3e)重复步骤3b)～3d)，直到所有图形刻写完成。5.如权利要求1所述可连续像旋转调制的高速并行激光直写光刻的方法，其特征在于，
所述扫描策略包括以下步骤：4a)使用像旋转器将多光束排布方向调整到与转镜扫描方向平行；4b)打开多通道高速光开关，输出多光束刻写波形，转镜扫描与位移台扫描同步进行，位移台以恒定速度移动，方向与实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，王洪庆，汤孟博，詹兰馨，张晓依，杨臻垚，温积森，王子昂，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：