一种激光干涉光刻系统技术方案

一种激光干涉光刻系统，用于大面积光栅制造的激光干涉光刻系统。该系统包括激光器、反射镜、分束器和基底台等。激光器出射的激光经反射镜、分束器后分为两束干涉光束，干涉光束经反射镜在基底台承载的基底上实现合光干涉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；为防止曝光期间图形漂移，该系统利用一种基于零差测量原理的图形锁定装置进行干涉图形相位锁定。该锁定装置包括零差相位计、电子信号处理部件、控制器、驱动器和相位调制执行器，零差相位计测量光栅图形漂移，经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。本发明专利技术具有结构简洁、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】

本专利技术涉及一种激光干涉光刻系统，特别涉及一种用于大面积光栅制造的激光干涉光刻系统。
技术介绍
激光干涉光刻技术是一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。激光干涉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，因此激光干涉光刻技术逐步成为大面积高精度光栅制造技术的主流技术。适用于大面积高精度光栅制造的干涉光刻技术的难点在于干涉光刻系统的研发，而高精度干涉光刻系统具有很大的研发难度。针对高精度干涉光刻系统的研发，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涉光刻系统，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公开了一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，该光刻系统列举了一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测量易受干扰、精度低，加之电光相位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中公开了一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涉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测量原理的图形锁定装置，该装置通过在干涉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涉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涉光刻系统过于复杂，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涉光刻系统，但干涉光刻系统中均不存在干涉图形相位锁定装置，这使得公开的干涉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，未发现对干涉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中国专利中公开了一种并行式干涉光刻系统，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，因此该激光干涉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，寻求一种激光干涉光刻系统，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测量扰动，实现高速、高精相位测量及光束相位调制，同时采用该装置的干涉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一种激光干涉光刻系统，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、易于装调。本专利技术的技术方案如下:—种激光干涉光刻系统，包括激光器、反射镜、分束器、基底台和基底；激光器I出射的激光经反射镜、分束器后分为两束干涉光束，两束干涉光束经反射镜在基底台承载的基底上实现合光干涉，干涉图形通过基底曝光实现图形记录转移；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两个光束采样器、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；所述的两个光束采样器分别位于靠近基底处的两束干涉光路上，两个光束采样器分别采取两束干涉光路上的一部分光，其中一束为参考光，另一束为测量光，参考光与测量光分别从两个入口入射至零差相位计中，光信号经零差相位计处理后，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。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测量装置检测基底台的运动位移并反馈至控制器，控制器对零差相位计与位移测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。本专利技术所述的测量光和参考光在零差相位计中传播光路有以下几种方案:第一种:本专利技术所述的测量光和参考光分别从零差相位计的两个入口入射，传播光路为: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；参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；测量光的反射光和参考光的透射光形成第一束合光，测量光的透射光和参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:本专利技术所述的测量光和参考光分别从零差相位计的两个入口入射，传播光路为:测量光经分光镜后一束透射，另一束反射；参考光经分光镜后一束透射，另一束反射；测量光的反射光和参考光的透射光形成第一束合光，测量光的透射光和参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、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；第二束合光经第二四分之一波片、第三四分之一波片、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。第三种:本专利技术所述的测量光和参考光分别从零差相位计的两个入口入射，传播光路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光干涉光刻系统，包括激光器（1）、反射镜、分束器（2）、基底台（3）和基底（4）；激光器（1）出射的激光经反射镜、分束器（2）后分为两束干涉光束，两束干涉光束经反射镜在基底台（3）承载的基底（4）上实现合光干涉，干涉图形通过基底曝光实现图形记录转移；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两个光束采样器（5）、零差相位计（6）、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）；所述的两个光束采样器（5）分别位于靠近基底处的两束干涉光路上，两个光束采样器（5）分别采取两束干涉光路上的一部分光，其中一束为参考光，另一束为测量光，参考光与测量光分别从两个入口入射至零差相位计（6）中，光信号经零差相位计（6）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】
1.一种激光干涉光刻系统，包括激光器(I)、反射镜、分束器(2)、基底台(3)和基底(4);激光器(I)出射的激光经反射镜、分束器(2)后分为两束干渉光束，两束干渉光束经反射镜在基底台(3)承载的基底(4)上实现合光干渉，干涉图形通过基底曝光实现图形记录转移；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两个光束采样器(5)、零差相位计(6)、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);所述的两个光束采样器(5)分别位于靠近基底处的两束干渉光路上，两个光束采样器(5)分别米取两束干涉光路上的一部分光,其中一束为參考光，另一束为测量光，參考光与測量光分别从两个入口入射至零差相位计(6)中，光信号经零差相位计(6)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 )对零差相位计(6 )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所述的ー种激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的测量光和參考光分别从零差相位计(6)的两个入口入射，传播光路为:測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；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；测量光的反射光和參考光的透射光形成第一束合光，测量光的透射光和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)。4.根据权利要求1或2所述的ー种激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的测量光和參考光分别从零差相位计(6)的两个入口入射，传播光路为:測量光经分光镜(61)后一束透射，另一束反射；參考光经分光镜(61)后一束透射,另一束反射；测量光的反射光和參考光的透射光形成第一束合光，测量光的透射光和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所述的ー种激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的测量光和參考光分别从零差相位计(6)的两个入口入射，传播光路为:測量光经第一半波片(64a)、分光镜(61)后一束透射,另一束反射；參考光经第二半波片(64b)、分光镜(61)后一束透射，另一束反射；测量光的反射光和參考光的透射光形成第一束合光，测量光的透射光和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测器(65a)，反射的s光入射...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煜，王磊杰，张鸣，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：