CN102012561B - 一种在激光干涉光刻中实现相移的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用移相定位系统在激光干涉纳米光刻中移相的方法。其特征在于在两光束或多光束激光干涉光刻中，将两束或多束相干激光光束组合，发生干涉，通过控制一个或多个移相定位系统使光路的光程发生改变，实现干涉图形的相位移动及定位。在这种方法中，移相定位系统由电压源、位移驱动器和反射镜组成，通过给位移驱动器施加不同的电压，使反射镜也沿着它的轴向方向移动，实现相位移动及定位。移相定位系统也可通过电压源电压的改变，在与入射光垂直平面方向推动一个光楔，或通过电压源电压的变化，在与入射光垂直平面方向控制一个液晶显示器件(LCD)，或通过电压源电压的变化，控制一个驱动器拉伸光纤实现干涉图形的相移。这种移相的方法可以通过检测干涉图形的相位差，采用反馈(如锁相)控制干涉图形的相位移动，减少相位漂移使图案定位更精确。

Description

一种在激光干涉光刻中实现相移的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种采用移相定位系统在激光干涉纳米光刻中移相的方法，具体涉及一种结构简单的由电压源、位移驱动器和反射镜组成的移相定位系统。
技术背景
激光干涉纳米光刻系统的原理是利用两束或多束激光干涉产生的周期或准周期干涉图形的能量分布和光刻材料相互作用来制造表面微纳米结构。它是一种不需要掩模的制造周期或准周期图形的光刻技术。干涉图形可以是由两光束干涉产生的条纹图或者是由多光束干涉产生的点阵图。该技术不需要昂贵的光学投影系统，其单次曝光面积仅限于系统的通光孔径和激光器的相干长度，因此它提供了一种在大面积(直径通常可达几百毫米)范围内产生光刻图形的技术，在空气中周期最小可接近二分之一波长。
激光干涉光刻技术用两束或多束相干激光束的干涉图形对光刻材料曝光，以产生微细图形。可采用一次曝光和多次曝光产生光栅、孔阵、点阵、柱阵等周期图形，图形周期可通过改变相干光束夹角或多次曝光实现插补。在激光干涉纳米光刻技术应用中，经常需要大面积或高密度纳米表面结构。因此，为了保证光刻图形的精确性需要对相移进行精确的控制。
目前在干涉测量和检测方面，有如迈克尔逊(Michelson)干涉仪和马赫-詹德尔(Mach-Zehnder)干涉仪。迈克尔逊干涉仪可以用来测量位移，也可以用来测量某种介质的折射率。现有的移相方法通常在垂直往返的光路中用PZT引入位移，也可用PZT拉伸光纤或用LCD引入位移改变光程。PZT拉伸光纤改变光程是用管状的PZT，在PZT上缠绕光纤，通过给PZT施加不同的电压，使PZT的外径发生变化，这样缠绕在它上面的光纤长度也就是光程会相应改变。液晶移相器在应用的时候，只能在特定波长范围内工作并且不适用于短波长，所以它也有一定的局限性。因此，目前使用的方法与系统均都不能直接用于激光干涉纳米光刻系统中实现图形的定位。为了保证光刻图形定位的精确性和灵活性，本发明公开一种采用移相定位系统在激光干涉纳米光刻中移相的方法。
技术参考：
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发明内容
本发明的目的在于克服现有方法和系统无法在激光干涉纳米光刻实现图形定位而提出一种采用移相定位系统在激光干涉纳米光刻中能精确控制干涉图形相位移动的方法。
本发明的目的通过以下技术措施实现：
(1)在两光束或多光束激光干涉光刻中，将两束或多束相干激光光束组合，发生干涉，通过控制移相定位系统使光路的光程发生改变，实现干涉图形的相位移动及定位。。
(2)给位移驱动器施加电压时，它沿着轴向方向移动，并且和它固定在一起的反射镜也会沿着它的轴向平行移动，从而改变光程，实现干涉图形的相位移动及定位。
(3)移相定位系统也可通过电压源电压的变化，在与入射光垂直平面方向推动一个光楔，改变光程实现干涉图形的相移。
(4)移相定位系统也可通过电压源电压的变化，在与入射光垂直平面方向控制一个液晶显示器件(LCD)，改变光程实现干涉图形的相移。
(5)移相定位系统也可通过电压源电压的变化，控制一个驱动器拉伸光纤，改变光通过光纤光程实现干涉图形的相移。
(6)在多光束激光干涉纳米光刻系统中，使用一个移相定位系统给一个位移驱动器施加不同的电压，可以移动一个反射镜的位置，使一路相干光的光程发生改变，实现干涉图形的相位在一个方向上的移动及定位。
(7)在多光束激光干涉纳米光刻系统中，使用多个移相定位系统给多个位移驱动器施加不同的电压，可以移动多个反射镜的位置，使多路相干光的光程发生改变，实现干涉图形的相位在多个方向上的移动及定位。
(8)在多光束激光干涉纳米光刻系统中，可以使用移相定位系统，通过检测干涉图形的相位差，采用闭环反馈(如锁相)控制干涉图形的相位移动，减少相位漂移使图形定位更精确。
(9)给位移驱动器施加电压时，它沿着轴向方向移动，并且和它固定在一起的反射镜沿着它的轴向非平行移动，确保光斑或光束干涉叠加位置不变的条件下改变光程，实现干涉图形的相位移动及定位。
本发明与现有方法和系统相比有以下优点：
可以在干涉光刻系统光路中的任何位置改变光程或相移，工作范围不受特定波长限制，从而保证光刻图形定位的精确性。
附图说明
图1为本发明采用移相定位系统在激光干涉纳米光刻中移相的系统示意图。
图2为两光束干涉反射镜平行移动的示意图。
图3为两光束干涉反射镜平行移动并旋转反射镜的示意图。
图4为两光束干涉当电压为OV和10V时产生的条纹图(上面的部分为OV时产生的干涉条纹，下面的部分为电压为10V时产生的干涉条纹)。
图5为四光束干涉当电压不同时产生的干涉图案。
具体实施方式
如图1所示，本发明采用的四光束激光干涉光刻技术系统包括激光器1(波长632.8nm)，半波片2，偏振片3，反射镜4，7，8，9，10，12，18，19，20，分束器件5，6，17，PZT11，21(3微米/200伏)，扩束镜13，光电耦合器件CCD14，电压源15和计算机16。其中PZT11固定在反射镜12上，PZT21固定在反射镜20上，当电压源15给PZT11和PZT21施加不同电压时，PZT11和PZT21产生形变，沿着它的轴向方向移动，使反射镜也沿着PZT11和PZT21的轴向方向移动，这样改变了光程，实现干涉图形的相移及定位。系统可通过CCD14检测相移并通过计算机16反馈控制相移及定位。
如图2所示，可以使用调节其中一个反射镜的位置，来改变光程，实现干涉图形的相移。入射光束以一定入射的角度照射在反射镜12上，经过反射照射到CCD14上。当给PZT11施加电压时，反射镜12沿PZT11的轴向方向移动，经过反射镜反射后的入射光束的光程发生了改变，实现了干涉条纹的相位移动。
图3所示，为保持相干光束叠加位置不变，反射镜12应当同时具有线位移和角位移，但由于角位移导致位置误差与光束直径大小相比可忽略。
图4是利用图1所示的方案，挡住分束器件5透射的那束光，由未挡住的两束激光干涉获得的条纹图案，图中上半部分是PZT上电压为0V时得到的干涉图，下半部分是给PZT施加10V电压时的干涉图，它们之间的相移为87.75度。
图5是利用图1所示的方案，通过四光束激光干涉系统获得的干涉图案。图中上半部分和下部分是给PZT施加不同的电压时产生的干涉图。

Claims (4)

1.一种采用移相定位系统在激光干涉纳米光刻中移相的方法，其特征在于：在四束及四束以上的激光干涉光刻中，将四束及四束以上的相干激光光束组合，发生干涉，通过控制移相定位系统使光路的光程发生改变，实现干涉图形的相位移动及定位，移相定位系统由一个电压源、一个位移驱动器和反射镜组成，其特征在于：给位移驱动器施加电压时，它沿着轴向方向移动，并且和它固定在一起的反射镜也会沿着它的轴向平行移动，从而改变光程，实现干涉图形的相位移动及定位。
2.根据权利要求1所述的方法，移相定位系统通过电压源电压的变化，在与入射光垂直平面方向推动一个光楔，改变光程实现干涉图形的相移。
3.根据权利要求1所述的方法，移相定位系统通过电压源电压的变化，在与入射光垂直平面方向控制一个液晶显示器件(LCD)，改变光程实现干涉图形的相移。
4.根据权利要求1、或权利要求2、或权利要求3所述的方法，其特征在于：在四束及四束以上的激光干涉纳米光刻系统中，使用多个移相定位系统给多个位移驱动器施加不同的电压，移动多个反射镜的位置，使多路相干光的光程发生改变，实现干涉图形的相位在多个方向上的移动及定位，给位移驱动器施加电压时，它沿着轴向方向移动，并且和它固定在一起的反射镜沿着它的轴向非平行移动，确保光斑或光束干涉叠加位置不变的条件下改变光程，实现干涉图形的相位移动及定位。
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