延長焦深的並行雷射直寫裝置的製作方法
2023-04-29 21:04:36 1
專利名稱：延長焦深的並行雷射直寫裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射直寫技術，特別是一種延長焦深的並行雷射直寫裝置。
背景技術：
雷射直寫是一種可以實現亞波長、大面積和任意圖案分布的低成本無掩模光刻技術。相比於有掩模光刻技術，雷射直寫不需要複雜昂貴的光刻機及配套的檢測設備；相比於傳統的雷射微納加工技術，雷射直寫也不需要成本高昂的大功率雷射器如飛秒雷射器，只需要連續工作的半導體雷射器即可。只要所採用的聚焦物鏡數值孔徑足夠大、波長足夠短， 雷射直寫技術就可以輕易實現亞微米量級的光刻線寬。更重要的是，雷射直寫技術從原則上來講，可以實現任意大面積的直寫圖案。事實上，由於其固有的特點即單點掃描，雷射直寫的速率一直是約束其大範圍應用和實現大面積光刻圖案的關鍵因素。除了其固有的單點掃描的原因，影響雷射直寫速率和雷射直寫光刻圖案面積的另一個重要的因素在於其有限的焦深。眾所周知，光學系統的解析度R和焦深DOF與系統成像透鏡的數值孔徑NA緊密相關的，即Ra λ/NA，而成像系統的焦深DOF oc λ/ΝΑ2。在波長一定的情況下，一方面，要提高雷射直寫的分辨本領，就必須提高系統的數值孔徑ΝΑ。然而，數值孔徑的提高，就意味著系統的焦深的急劇減小。焦深的急劇減小，就對自聚焦伺服系統提出了一個嚴峻的考驗。一方面，在掃描速率不變的前提下，就需要進一步提高自聚焦系統的響應速率和聚焦精度。然而，聚焦伺服系統的響應速率通常有其本身固有的限制，這進一步限制了直寫掃描速率的提高。同時，如果自聚焦響應速率跟不上或聚焦精度不夠，就會出現離焦。一旦離焦，聚焦光斑會變大，解析度下降，而且自聚焦響應速率不夠還會造成聚焦物鏡沿軸向高度上下波動， 這會導致光刻條紋曝光不均勻等一系列問題。而另一方面，如果我們需要大的焦深，要不得不降低系統的數值孔徑，這樣就不得不犧牲其分辨本領。
發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種延長焦深的並行多路雷射直寫裝置，以大幅度提高雷射直寫裝置的直寫速率和增大直寫光刻面積。本發明的基本思想是利用一種軸對稱的三區位相延遲板和一個IXN達曼光柵， 在不犧牲光刻解析度的前提下，將傳統的雷射直寫速率提高了 N倍，同時焦深增大為原先的2倍以上。本發明的技術解決方案如下一種延長焦深的並行雷射直寫裝置，特點在於其構成包括輸出平面雷射束的雷射器，沿該平面雷射束方向依次是IXN達曼光柵、第一透鏡、振幅型空間濾波板、第二透鏡、反射鏡、孔徑光闌、延長焦深相位延遲板、聚焦物鏡、自聚焦伺服系統和二維移動平臺， 所述的振幅型空間濾波板位於所述的第一透鏡和第二透鏡的共焦平面上，所述的反射鏡與所述的平面雷射束成45°，N為所述的達曼光柵的最大的衍射級次，為2以上的正整數，所述的延長焦深位相延遲板的位置是所述的達曼光柵在共焦透鏡組後方共軛距離處，並滿足下列關係
權利要求
1.一種延長焦深的並行雷射直寫裝置，特徵在於其構成包括輸出平面雷射束(001) 的雷射器，沿該平面雷射束(001)方向依次是IXN達曼光柵(100)、第一透鏡001)、振幅型空間濾波板003)、第二透鏡002)、反射鏡(300)、孔徑光闌000)、延長焦深相位延遲板 (500)、聚焦物鏡(600)、自聚焦伺服系統(700)和二維移動平臺(800)，所述的振幅型空間濾波板(20 位於所述的第一透鏡O01)和第二透鏡Q02)的共焦焦平面上，所述的反射鏡(300)與所述的平面雷射束(001)成45°，N為所述的達曼光柵(100)的最大的衍射級次，為2以上的正整數，所述的延長焦深位相延遲板(500)的位置是所述的達曼光柵(100) 在共焦透鏡組後方共軛距離處，並滿足下列關係
2.根據權利要求1所述的延長焦深的多路並行雷射直寫裝置，其特徵在於所述的延長焦深的位相延遲板(500)為中心對稱的同心三區二元位相結構，位相從內到外依次0、π、0 相間分布。
3.根據權利要求2所述的延長焦深的多路並行雷射直寫裝置，其特徵在於所述的延長焦深的位相延遲板(500)的三區歸一化半徑與聚焦物鏡的數值孔徑相關，對於不同的數值孔徑，其數值需重新優化，對於NA = 0. 9，其三區歸一化半徑依次為巧=0. 3377，r2 = 0. 9560，r3 = 1。
全文摘要
一種延長焦深的並行雷射直寫裝置，特點在於其構成包括輸出平面雷射束的雷射器，沿該平面雷射束方向依次是1×N達曼光柵、第一透鏡、振幅型空間濾波板、第二透鏡、反射鏡、孔徑光闌、延長焦深相位延遲板、聚焦物鏡、自聚焦伺服系統和二維移動平臺。本發明裝置可以顯著提高雷射直寫裝置的加工速率，可以明顯降低對聚焦伺服系統的要求，進一步提高了雷射直寫速率和增大了雷射直寫的光刻面積。在低成本、高速大面積雷射直寫方面有重要的實用價值。
文檔編號B23K26/06GK102338989SQ201110187540
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者餘俊傑, 周常河, 曹武剛, 王少卿, 賈偉, 麻健勇 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所