一种高精度无掩膜激光投影光刻系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度无掩膜激光投影光刻系统及方法，该方法设计光源模块用以获得线偏振激光束，通过空间光调制器及4f系统调节相位振幅，是得到一束准直并滤波之后的一级衍射光，此光束能够对目标进行成像，调控样品内的目标模板的灰度矩阵进行光束整形可得不同光斑形状；控制模块用于以像素为单位调制刻写激光的大小；光制造模块根据光斑校正模块的指令切换轴的像素位移；结合菲涅耳定律，高效地对所需要的模板进行自组装，投影物镜将出射光成像到硅片表面。本申请的光刻系统结构简单，实验能量利用率高，无需掩模的纳米加工技术，具有超高分辨率、灵活性强和性能稳定等优势。灵活性强和性能稳定等优势。灵活性强和性能稳定等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度无掩膜激光投影光刻系统及方法


[0001]本专利技术涉及激光数字光刻
，更具体地，涉及一种高精度无掩膜激光投影光刻系统及方法。

技术介绍

[0002]随着光刻曝光技术的不断发展，其加工线条的最小特征尺寸越来越小，对掩模板的精度要求也越来越高。掩模板制作复杂、周期长、费用昂贵，一旦加工完成，就无法修改，这些缺陷已经严重限制了掩膜式光刻曝光的应用。激光投影光刻系统由于其光能利用率高、响应时间短、成本低等优点得到越来越广泛的应用。为了使基于激光直写的光刻装置能够达到足够小的光刻分辨率的结果，需要引入计算光刻的光刻方法到投影光刻装置中，如移相掩模技术、光学临近效应修正技术等分辨率增强技术。此类技术是通过光波相位的调制来改善光学成像对比度和焦深从而达到增强光刻分辨的功能，而把这类技术应用到基于空间光调制器调控部分相干光的光刻装置中时，需要对空间光调制器上的位相进行调制，使得其入射与反射光皆为平行光。
[0003]传统方法是通过光波相位的调制来改善光学成像对比度和焦深从而达到增强光刻分辨的功能，而把这类方法应用到基于空间光调制器调控部分相干光的光刻装置中时，需要对空间光调制器上的位相进行调制，使得其入射与反射光皆为平行光。
[0004]由于激光器出射的激光存在位相不平整以及发散角的问题，因此需要引入自由曲面来对光波相位进行平整化变换。而且所得目标图不均匀，存在串扰。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提供一种高精度无掩膜激光投影光刻系统及方法，主要操控部分相干光束在通过空间光调制器的相位振幅变化对光束进行整形，透镜衍射传输后实现成像，对所需要的目标图案强度进行成像，在远场投影光刻，得到目标模块元件。
[0006]实现本专利技术目的的技术方案为：第一方面，本专利技术提供一种高精度无掩膜激光投影光刻系统，包括光源模块、整形模块、光斑校正模块、控制模块和光制造模块；
[0007]所述光源模块包括开关控制器和扩束传输模块，用以获得一束线偏振激光束；
[0008]所述整形模块包括空间光调制器以及薄透镜、小孔光阑和薄透镜组成的4f系统，获得一束具有特殊统计特性的部分相干线性偏振光束；
[0009]所述光斑校正模块包括光束分析仪，用于采集光斑大小，图像以像素为单位进行调制光刻激光分析；
[0010]所述控制模块根据光斑校正模块分析结果对光制造模块位移台进行联动控制；
[0011]所述光制造模块包括显微物镜和位移台，根据光斑校正模块的指令切换轴的像素位移。
[0012]在其中的一个实施例中，所述整形模块在源平面上构造具有特殊传输特性的部分相干光场交叉谱密度，其函数表达式为：
[0013][0014]具有该二阶统计特性的光束在通过透镜传输后实现对光刻胶筑成的凹槽引导模板进行自组装形成周期性线条结构，并得到纳米线阵列；在远场处产生所需要的模板光强分布；其中C为归一化系数，r1＝(x1,y1)、r2＝(x2,y2)表示源平面上任意两点的位置矢量，是初始高斯光强，σ是光束束腰宽度；δ表示该部分相干函数中的关联结构的关联宽度，a是可调控的间距参数，调控远场模板光强上各像素点之间的距离， N和M控制成像图像的像素的个数，M
c
＝2M+1；N
c
＝2N+1，m1和n1分别从0到M
c
和N
c
，代表所求模板的像素信息，F<M
c
,N
c
>代表成像模板强度灰度矩阵，控制凹槽处模板的分辨率。
[0015]在其中的一个实施例中，光束整形调控是根据模式展开进行离散抽样得到一组模式后，再给这组模式添加不同的随机相位叠加形成一张全息图，展开系数为：
[0016][0017]其中，v
pq
＝(v
p
,v
q
)表示随机变量；将图像灰度信息和对应的离散高斯点结合，灰度矩阵转化为带空间坐标的信息，从而将图像信息转移到展开系数中。
[0018]在其中的一个实施例中，所述整形模块包括SLM和4f系统，得到一束准直并滤波之后的一级衍射光光束。
[0019]在其中的一个实施例中，所述整形模块中小孔光阑位于所述相位调制模块的输出侧，且所述小孔光阑覆盖所述相位调制模块输出的0级衍射光的范围。
[0020]在其中的一个实施例中，所述光制造模块中，显微物镜位于所述光束控制模块与位移台之间，位移台用于承载样品、并跟踪所述开关控制器的状态，同步切换XY轴的像素位移。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种高精度无掩膜激光投影光刻方法，包括以下步骤：
[0022]通过光源模块获得线偏振激光束，经空间光调制器及4f系统调节相位振幅，得到一束准直并滤波之后的一级衍射光，调控样品内的目标模板的灰度矩阵进行光束整形可得不同光斑形状；控制模块以像素为单位调制刻写激光的大小；光制造模块根据光斑校正模块的指令切换轴的像素位移，投影物镜将出射光成像到硅片表面。
[0023]在其中的一个实施例中，光源模块中，氦氖激光器发出刻写的激光束，经过一个扩束镜，再经过线偏器，形成一束线偏振激光束，再经过一个反射镜。
[0024]在其中的一个实施例中，经过反射镜后的线偏振光束照射到空间光调制器上，经空间光调制器上的光束已是整形后的光束，一束具有特殊统计特性的部分相干线性偏振光束；产生的部分相干调制光束经过薄透镜、小孔光阑、薄透镜组成的4f系统，得到一束准直并滤波之后的一级衍射光，此光束为能够对目标进行成像的部分相干光束。
[0025]在其中的一个实施例中，产生的部分相干光束经过一个聚焦透镜进行聚焦，聚焦后的部分相干光束具有成像目标的特性，将透镜的激光光斑进行压缩，然后将光束分析仪
连接计算机在聚焦透镜的焦点处对产生的部分相干光束光场进行测量，得到所需要的目标强度成像图像。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：由于通常的样品光刻面上各像素点的三维结构各异，本专利技术光束带有图案信息，激光通过反射镜照射到空间光调制器上，可以便利地调控产生部分相干光束的相干性，光束的光斑大小可以通过扩束镜的放大倍数和设置的参数来控制，光斑大小决定刻写元件的精度；本专利技术通过控制部分相干光束交叉谱密度函数中的相干参数δ，间距参数a以及成像目标强度灰度矩阵F〈M
c
,N
c
>，利用空间光调制器连续播放不同的全息片，可简便的得到产生需要的可调制的部分相干光束，进而在远场处对所需要的目标进行成像，激光刻写在基体上；本专利技术克服了能量利用率低的问题，无掩膜(作用面积大)精度高，无需工作台稳定性高，而且可对模块基体实现连续直刻，工作效率较高。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例公开的实现一种高精度无掩膜激光投影光刻系统及方法的结构框图。
[0028]图2是本专利技术的一种高精度无掩膜激光投影光刻系统及方法的光源模块至光斑校正实验装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度无掩膜激光投影光刻系统，其特征在于，包括光源模块、整形模块、光斑校正模块、控制模块和光制造模块；所述光源模块包括开关控制器和扩束传输模块，用于获得一束线偏振激光束；所述整形模块包括空间光调制器以及薄透镜、小孔光阑和薄透镜组成的4f系统，用于获得一束具有特殊统计特性的部分相干线性偏振光束；所述光斑校正模块包括光束分析仪，用于采集光斑大小，图像以像素为单位进行调制光刻激光分析；所述控制模块根据光斑校正模块分析结果对光制造模块位移台进行联动控制；所述光制造模块包括显微物镜和位移台，根据光斑校正模块的指令切换轴的像素位移。2.根据权利要求1所述的高精度无掩膜激光投影光刻系统，其特征在于，所述整形模块在源平面上构造具有特殊传输特性的部分相干光场交叉谱密度，其函数表达式为：具有该二阶统计特性的光束在通过透镜传输后实现对光刻胶筑成的凹槽引导模板进行自组装形成周期性线条结构，并得到纳米线阵列；在远场处产生所需要的模板光强分布；其中C为归一化系数，r1＝(x1,y1)、r2＝(x2,y2)表示源平面上任意两点的位置矢量，是初始高斯光强，σ是光束束腰宽度；δ表示该部分相干函数中的关联结构的关联宽度，a是可调控的间距参数，调控远场模板光强上各像素点之间的距离，N和M控制成像图像的像素的个数，M
c
＝2M+1；N
c
＝2N+1，m1和n1分别从0到M
c
和N
c
，代表所求模板的像素信息，F<M
c
,N
c
>代表成像模板强度灰度矩阵，控制凹槽处模板的分辨率。3.根据权利要求2所述的高精度无掩膜激光投影光刻系统，其特征在于，光束整形调控是根据模式展开进行离散抽样得到一组模式后，再给这组模式添加不同的随机相位叠加形成一张全息图，展开系数为：其中，v
pq
＝(v
p
,v
q
)表示随机变量；将图...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱时军，于慢慢，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：