一种具有图形锁定功能的激光干涉光刻系统技术方案

一种具有图形锁定功能的激光干涉光刻系统，包括激光器、反射镜、分束器、基底台、基底和图形锁定装置；激光器出射的激光经分光镜分为曝光光束和参考光束，曝光光束经分束器后利用反射镜折光在基底台承载的基底上实现干涉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；为防止曝光期间图形漂移，光刻系统利用图形锁定装置进行图形锁定。图形锁定装置包括零差相位计、电子信号处理部件、控制器、驱动器、相位调制执行器，零差相位计测量图形相位漂移，经电子信号处理部件反馈至控制器，控制器经驱动器控制相位调制执行器实现相位锁定。该激光干涉光刻系统具有结构简洁、图形锁定精度高等优点，是实现大面积高精度光栅制造的关键系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，特别涉及ー种用于制造大面积光栅制造的干渉光刻系统。
技术介绍
激光干渉光刻技术是ー种利用两束或者多束激光干涉产生的周期性图形曝光感光基底制造微纳阵列器件的重要技术，主要应用于特征尺寸低于亚波长的孔阵、点阵、柱阵、光栅、微透镜阵列等器件的制造，这些微阵列器件在国防、民生、科研等领域具有广泛应用。近年来，随着大型天文望远镜、惯性约束核聚变激光点火系统、光刻系统等重大工程系统中的关键光栅器件对尺寸、栅线密度、精度要求的不断提高，光栅制造正在向米级尺寸、纳米级精度、亚万级栅线密度的量级迈进，大面积高精度密栅线光栅的制造成为了光栅制造领域的亟需解决的热点问题。传统光栅制造技术主要包括机械刻划、激光直写、机械拼接等，机械刻划存在大面积制造精度低、加工周期长、制造的光栅存在鬼线等缺点，激光直写也存在大面积制造精度低、加工周期长等缺点，机械拼接则存在拼接精度差、拼接过程复杂、成本昂贵等缺点，因此传统制造技术难以实现上述量级光栅的制造。激光干渉光刻技术或全息光刻技术则在上述量级光栅制造方面具有大面积制造栅线密精度高、加工周期短等优势，因此激光干渉光刻技术逐步成为大面积高精度光栅制造技术的主流技木。适用于大面积高精度光栅制造的干渉光刻技术的难点在于干涉光刻系统的研发，而高精度干渉光刻系统具有很大的研发难度。针对高精度干渉光刻系统的研发，世界上著名的光栅制造系统公司及研究机构展开了一系列的研究，研究主要集中于高精度干渉光刻系统，研究成果在诸多专利中均有揭露。麻省理工学院美国专利US5，142，385公开了ー种激光干涉光刻系统，该光刻系统利用两束空间滤波器出射的大尺寸光束形成大面积干涉图形曝光基底实现大面积光栅制作，该系统中干涉图形具有较大的图形非线性误差；同时，为防止系统干涉图形相位漂移引起误差，该光刻系统列举了ー种图形相位锁定装置用于光栅图形锁定，该装置通过采样干涉光束至两个光电探测器及处理电路实现图形相位检测，检测的相位反馈至控制器控制相位调制器调制相位实现图形锁定；然而该装置中的相位測量易受干扰、精度低，加之电光调制器的相位调制速度慢、调节精度低、调制范围窄，该装置难以满足高精度条纹锁定要求。麻省理工学院在另一美国专利US6，882，477B1中公开了ー种扫描激光干涉光刻系统，该光刻系统利用两束经准直后的小尺寸光束干渉形成干涉图形曝光作步进扫描运动的基底实现大面积光栅制作，经准直后的小尺寸光束干涉有效的消除了干涉图形的相位非线性误差；同时，为防止系统干涉图形相对于运动的基底平台发生相位漂移引起误差，该光刻系统列举了一种基于外差測量原理的图形锁定装置，该装置通过在干渉光路中布置三个声光调制器产生外差相位测量的频差，利用光束采样器采样干渉光束至外差相位计进行图形相位检测，检测的相位反馈至控制器控制声光调制器调制相位实现图形锁定；该装置具有高速、高精等图形相位锁定优点特点，但图形锁定装置使扫描干渉光刻系统过于复杂，大大增加了系统的装调难度，同时声光调制器通过移频进行相位调制易引起光刻系统干涉角度的变化且影响干涉光束的相干性而影响光刻系统性能。中国科学院光电技术研究所在公开号CN1731283A、CN1690857A、CN1752847A等中国专利中公开了多种激光干渉光刻系统，但干渉光刻系统中均不存在干涉图形相位锁定装置，这使得公开的干渉光刻系统难以实现高精度光栅的制作。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在公开号CN1544994A、CN101718884A、CN101793988A等中国专利中公开了仅公开了全息光刻系统的光路调整及栅线密度调整方法，未发现对干渉系统及图形锁定相关论述。苏州苏大维格光电科技股份有限公司在公开号CN101846890中国专利中公开了ー种并行式干渉光刻系统，光刻系统利用光栅分光和透镜合光，但干涉光刻系统中也不存在干涉图形相位锁定装置，因此该激光干渉光刻系统也难以实现大面积高精度光栅的制作。考虑到上述技术方案的局限，寻求ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，该光刻系统具有一种基于零差相位测量的图形相位锁定装置，该装置可极大的抑制零差相位測量扰动，实现高速、高精相位測量及光束相位调制，同时采用该装置的干渉光刻系统结构形式简洁且相位调制不影响光刻系统性能，最终实现干涉光刻系统整体性能的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，该干涉光刻系统能够实现很高的干涉图形锁定精度，结构形式简洁。本专利技术的技术方案如下:ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，包括激光器、分光镜、反射镜、分束器、基底台和基底；激光器出射的激光经分光镜后分为曝光光束和參考光束，曝光光束经分束器后分为两束干渉曝光光束，两束干渉曝光光束经反射镜反射后在基底台承载的基底上实现合光干渉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；其特征在于:所述系统还包括ー个图形锁定系统，该图形锁定系统包括第一光束采样器、第二光束采样器、第一零差相位计、第二零差相位计、电子信号处理部件、控制器、驱动器和相位调制执行器，第一零差相位计与第二零差相位计具有相同的光学结构；所述的第一光束采样器和第二光束采样器位于靠近基底处的两束曝光干渉光路上，第一光束采样器和第二光束采样器各采取两束干渉光路上的一部分光形成第一测量光和第二测量光，參考光束经折反光路传播或光纤传播后分光形成第一參考光和第二參考光，第一测量光和第一參考光分别从两个入口入射至第一零差相位计，第二測量光和第二參考光分别从两个入口入射至第二零差相位计，入射的光信号分别经两个零差相位计处理后，输出包含干涉条纹相位信息的电信号，电信号经电子信号处理部件后输入至控制器，控制器输出控制信号至驱动器，驱动器驱动相位调制执行器；当干渉光刻系统的图形发生漂移时，利用该图形锁定系统控制图形漂移实现图形锁定。本专利技术的技术特征还在于:所述基底台相对于干涉图形运动，由设置在基底台上的位移測量装置检测基底台的运动位移并反馈至控制器，控制器对两个零差相位计与位移測量装置的反馈信息进行处理，同时控制相位调制执行器和基底台实现干涉图形相对于运动的基底台锁定。本专利技术所述的第一測量光和第一參考光在第一零差相位计中传播光路有以下几种方案:第一种:本专利技术所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一测量光经第一四分之一波片、分光镜后一束透射，另一束反射；第一參考光经第二四分之一波片、第一分光镜后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一测量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜后，透射的P光入射至第一光电探测器，反射的s光入射至第二光电探测器；第二束合光经半波片、第二偏振分光镜后，透射的P光入射至第三光电探测器，反射的s光入射至第四光电探测器；经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件。第二种:本专利技术所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一測量光经分光镜后一束透射，另一束反射；第一參考光经分光镜后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有图形锁定功能的激光干涉光刻系统，包括激光器（1）、分光镜、反射镜、分束器（2）、基底台（3）和基底（4）；激光器（1）出射的激光经分光镜后分为曝光光束和参考光束，曝光光束经分束器（2）后分为两束干涉曝光光束，两束干涉曝光光束经反射镜反射后在基底台（3）承载的基底（4）上实现合光干涉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；其特征在于：所述系统还包括一个图形锁定系统，该图形锁定系统包括第一光束采样器（5a）、第二光束采样器（5b）、第一零差相位计（6a）、第二零差相位计（6b）、电子信号处理部件（7）、控制器（8）、驱动器（9）和相位调制执行器（10），第一零差相位计（6a）与第二零差相位计（6b）具有相同的光学结构；所述的第一光束采样器（5a）和第二光束采样器（5b）位于靠近基底处的两束曝光干涉光路上，第一光束采样器（5a）和第二光束采样器（5b）各采取两束干涉光路上的一部分光形成第一测量光和第二测量光，参考光束经折反光路传播或光纤传播后分光形成第一参考光和第二参考光，第一测量光和第一参考光分别从两个入口入射至第一零差相位计（6a），第二测量光和第二参考光分别从两个入口入射至第二零差相位计（6b），入射的光信号分别经两个零差相位计处理后，输出包含干涉条纹相位信息的电信号，电信号经电子信号处理部件（7）后输入至控制器（8），控制器（8）输出控制信号至驱动器（9），驱动器（9）驱动相位调制执行器（10）；当干涉光刻系统的图形发生漂移时，利用该图形锁定系统控制图形漂移实现图形锁定。...

【技术特征摘要】
1.一种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，包括激光器(I)、分光镜、反射镜、分束器(2)、基底台(3)和基底(4);激光器(I)出射的激光经分光镜后分为曝光光束和參考光束，曝光光束经分束器(2)后分为两束干渉曝光光束，两束干渉曝光光束经反射镜反射后在基底台(3)承载的基底(4)上实现合光干渉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；其特征在于:所述系统还包括ー个图形锁定系统，该图形锁定系统包括第一光束采样器(5a)、第二光束采样器(5b)、第一零差相位计(6a)、第二零差相位计(6b)、电子信号处理部件(7)、控制器(8)、驱动器(9)和相位调制执行器(10)，第一零差相位计(6a)与第二零差相位计(6b)具有相同的光学结构；所述的第一光束米样器(5a)和第二光束米样器(5b)位于靠近基底处的两束曝光干涉光路上，第一光束米样器(5a)和第二光束米样器(5b)各米取两束干渉光路上的一部分光形成第一測量光和第二測量光，參考光束经折反光路传播或光纤传播后分光形成第一參考光和第二參考光，第一测量光和第一參考光分别从两个入ロ入射至第一零差相位计(6a)，第二測量光和第二參考光分别从两个入口入射至第二零差相位计(6b)，入射的光信号分别经两个零差相位计处理后，输出包含干涉条纹相位信息的电信号，电信号经电子信号处理部件(7)后输入至控制器(8)，控制器(8)输出控制信号至驱动器(9)，驱动器(9)驱动相位调制执行器(10);当干渉光刻系统的图形发生漂移时，利用该图形锁定系统控制图形漂移实现图形锁定。2.根据权利要求1所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述基底台(3)相对于干涉图形运动，由设置在基底台(3)上的位移測量装置(31)检测基底台(3)的运动位移并反馈至控制器(8)，控制器(8)对两个零差相位计与位移測量装置(31)的反馈信息进行处理，同时控制相位调制执行器(10)和基底台(3)实现干涉图形相对于运动的基底台(3)锁定。3.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经第一四 分之一波片(62a)、分光镜(61)后一束透射,另一束反射 ，第一參考光经第二四分之一波片(62b)、第一分光镜(61)后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜(63a)后,透射的p光入射至第一光电探測器(65a)，反射的s光入射至第二光电探测器(65b);第二束合光经半波片(64)、第二偏振分光镜(63b)后,透射的p光入射至第三光电探测器(65c),反射的s光入射至第四光电探測器(65d);经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件(7)。4.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经分光镜(61)后一束透射,另一束反射；第一參考光经分光镜(61)后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一四分之一波片(62a)、第一偏振分光镜(63a)后,透射的p光入射至第一光电探测器(65a),反射的s光入射至第二光电探测器(65b);第二束合光经第二四分之一波片(62b)、第三四分之一波片(62c)、第二偏振分光镜(63b)后,透射的p光入射至第三光电探测器(65c),反射的s光入射至第四光电探测器(65d);经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件(7)。5.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经第一半波片(64a)、分光镜(61)后一束透射,另一束反射；第一參考光经第二半波片(64b)、分光镜(61)后一束透射,另一束反射；第一测量光的反射光和第一參考...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸣，朱煜，王磊杰，刘召，杨开明，胡金春，尹文生，穆海华，胡楚雄，徐登峰，成荣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：