CN106681106B - 混合光刻系统及混合光刻方法 - Google Patents

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Abstract

一种混合光刻系统，包括光源、光束整形器、光场调制器、反射镜、成像光学系统和位相器件，光束整形器用于整形光源发出的光束；光场调制器用于将整形后的光束生成图形光；成像光学系统和反射镜用于将光场传递至待曝光的光刻件表面实现直写光刻；位相器件用于在光刻件的表面形成干涉曝光场实现干涉光刻。本发明的混合光刻系统具有直写光刻和干涉光刻两种功能，可进行混合光刻，提高了纳米光刻效率，推动微纳结构相关的器件和材料应用具有重要意义。本发明还涉及一种的混合光刻方法。

Description

混合光刻系统及混合光刻方法
技术领域
本发明涉及微纳制造技术领域，涉及一种用于微纳模具制备的图形化混合光刻系统及混合光刻方法。
背景技术
图形化光刻是微纳米制造领域的通用前端制程，目前在平板显示、集成电路、柔性电路、新材料等行业有着广泛的应用。
面向各个不同的应用领域，微纳米结构的制备需求各不相同，幅面从4英寸到100英寸，微结构从10纳米到数十微米。当前的技术现状是，纳米至亚微米尺度的结构采用电子束制版，幅面无法做大，几微米至数十微米尺度的结构采用激光束制版，幅面可以做大，但是不能实现亚微米以下结构的大幅面制版要求。
当前微纳米应用领域正从半导体、平板显示向超材料(人工微结构材料)领域延伸，需要亚微米以下结构大幅面制版，当前图形化制备手段无法满足此类需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种混合光刻系统，具有直写光刻和干涉光刻两种功能，可进行混合光刻，提高了光刻效率，降低了光刻成本。
本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。
一种混合光刻系统，包括光源、光束整形器、光场调制器、反射镜和位相器件，光束整形器用于整形光源发出的光线；光场调制器用于显示光刻图像，将整形后的光线经过光场调制器生成图形光；反射镜用于将图形光反射至待曝光的光刻件表面实现直写光刻；位相器件用于在光刻件的表面形成干涉曝光场实现干涉光刻。
在本发明的较佳实施例中，位相器件可移除的设置于反射镜与光刻件之间，实现直写光刻和干涉光刻的切换。
在本发明的较佳实施例中，上述混合光刻系统还包括计算机和控制器，计算机用于提供光刻图像和位移数据，并将光刻图像和位移数据发送至控制器，所述控制器用于上传光刻图像至光场调制器，通过位移数据控制载物台的运动。
在本发明的较佳实施例中，上述混合光刻系统还包括载物台，载物台用于承载光刻件，载物台可在水平面内移动，通过控制器读取位移数据，实现光刻光斑与光刻件的相对运动。
在本发明的较佳实施例中，上述混合光刻系统还包括光电探测器，光电探测器用于采集光刻件表面反射的光线，并将产生的形貌数据发送至控制器，控制器根据形貌数据调节位相器件与光刻件之间的焦距，从而实现在光刻件表面聚焦。
在本发明的较佳实施例中，上述光场调制器为空间光调制器或位相光调制器。
本发明的另一目的在于，提供了一种混合光刻方法，具有直写光刻和干涉光刻两种功能，可进行混合光刻，提高了光刻效率，降低了光刻成本。
一种混合光刻方法，混合光刻方法包括以下步骤：
利用光束整形器对光源发出的光线进行整形；
利用光场调制器将整形后的光线生成图形光；
利用反射镜将图形光反射至待曝光的光刻件表面实现直写光刻；以及
将位相器件设置于反射镜与光刻件之间，利用位相器件在光刻件的表面形成干涉曝光场，将直写光刻切换为干涉光刻。
在本发明的较佳实施例中，利用光场调制器将整形后的光线生成图形光的过程包括:利用计算机提供光刻图像，并将光刻图像发送至控制器，利用控制器上传光刻图像至光场调制器，使光场调制器显示光刻图像，并使整形后的光线经过光场调制器时生成图形光。
在本发明的较佳实施例中，利用反射镜将图形光反射至待曝光的光刻件表面实现直写光刻后的步骤还包括：将光刻件放置在载物台上，利用控制器根据位移数据控制载物台沿着水平方向移动。
在本发明的较佳实施例中，利用反射镜将图形光反射至待曝光的光刻件表面实现直写光刻后的步骤还包括：利用光电探测器采集光刻件表面反射的光线，并将产生的形貌数据发送至控制器，控制器根据形貌数据调节位相器件与光刻件之间的焦距。
本发明的混合光刻系统的光束整形器用于整形光源发出的光线；光场调制器用于将整形后的光线生成图形光；反射镜用于将图形光反射至待曝光的光刻件表面实现直写光刻；位相器件用于在光刻件的表面形成干涉曝光场实现干涉光刻。因此，本发明的混合光刻系统具有直写光刻和干涉光刻两种功能，可进行混合光刻，既可以进行微米结构的加工，又可以进行纳米结构的加工，提高了光刻效率，降低了光刻成本，同时为新器件和新型印材的研发提供了有效装置。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明。
附图说明
图1a是本发明的混合光刻系统进行直写光刻时的结构示意图。
图1b是本发明的混合光刻系统进行干涉光刻时的结构示意图。
图2是本发明的混合光刻方法的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的混合光刻系统及混合光刻方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下:
有关本发明的前述及其它技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
图1a是本发明的混合光刻系统进行直写光刻时的结构示意图。图1b是本发明的混合光刻系统进行干涉光刻时的结构示意图。如图1a和图1b所示，在本实施例中，混合光刻系统10包括光源11、光束整形器12、光场调制器13、反射镜14、位相器件15、计算机16、载物台17、光电探测器18和控制器19。
光源11用于提供光刻时需要的激光。在本实施例中，混合光刻系统10的光源11为激光器，但并不以此为限。
光束整形器12用于整形光源11发出的光线。在本实施例中，光束整形器12可将光线整形为平顶光束。
光场调制器13用于将整形后的光线生成图形光。在本实施例中，光场调制器13可显示光刻图像，使整形后的光线经过光场调制器13时生成图形光。本发明的光场调制器13例如为空间光调制器或位相光调制器，但并不以此为限。
反射镜14用于将图形光反射至待曝光的光刻件101表面实现直写光刻。
位相器件15可移除的设置于反射镜14与光刻件101之间，位相器件15用于在光刻件101的表面形成干涉曝光场实现干涉光刻。具体地，图形光被反射镜14反射后经过位相器件15，位相器件15将图形光分为多束对称的发散光束，接着位相器件15将各发散光束准直为相互平行的平行光束，最后位相器件15将各平行光束聚焦于光刻件101的表面形成干涉曝光场，实现对光刻件101的干涉光刻。本发明的混合光刻系统10可通过移除或设置位相器件15实现直写光刻与干涉光刻之间的切换；例如需要对光刻件101进行微米结构的加工时，可移除位相器件15，图形光由反射镜14反射后在光刻件101的表面形成结构光斑，此时光线与光刻材料进行作用实现直写光刻，如图1a所示；例如需要对光刻件101进行纳米结构的加工时，可在反射镜14与光刻件101之间设置位相器件15，图形光由反射镜14反射后首先经过位相器件15，位相器件15对图形光进行聚焦，并在光刻件101的表面形成干涉曝光场，此时光线与光刻材料进行作用实现干涉光刻，如图1b所示。在本实施例中，位相器件15由多个光学元件组成，例如位相器件15包括将图形光分散成分散光束的光栅或棱镜、准直分散光束的准直透镜、聚焦光线的聚焦透镜等，但并不以此为限。
计算机16用于提供光刻图像和位移数据。
载物台17用于承载光刻件101，载物台17可在水平面内沿着相互垂直的两个方向移动，实现光刻光斑与光刻件101的相对运动，描绘出具有一定幅面的图形。
光电探测器18用于采集光刻件101表面反射的光线，并产生表示形貌数据。
控制器19用于控制混合光刻系统10各个部件协调运行，例如数据的导入、运动同步控制、聚焦控制等。具体地，控制器19接收计算机16发送的光刻图像，控制器19可上传光刻图像至光场调制器13，此时光场调制器13可显示光刻图像，使整形后的光线经过光场调制器13时生成图形光；控制器19还用于控制载物台17运动，特别是根据计算机16发送的位移数据，控制载物台17在水平面内移动，实现光刻光斑与光刻件101的相对运动，描绘出具有一定幅面的图形；控制器19还用于接收光电探测器18产生的形貌数据，根据形貌数据调整相位器件与光刻件101之间的焦距。值得一提的是,控制器19可根据曝光图的周期控制光源11的关闭或开启。
图2是本发明的混合光刻方法的流程示意图。请参照图1和图2，本发明的混合光刻方法利用混合光刻系统10进行混合光刻，混合光刻方法的步骤包括：
利用光束整形器12对光源11发出的光线进行整形；
利用光场调制器13将整形后的光线生成图形光；具体地，利用计算机16提供光刻图像，并将光刻图像发送至控制器19，利用控制器19上传光刻图像至光场调制器13，使光场调制器13显示光刻图像，并使整形后的光线经过光场调制器13时生成图形光；
利用反射镜14将图形光反射至待曝光的光刻件101表面实现直写光刻；具体地，将光刻件101放置在载物台17上，利用控制器19根据位移数据控制载物台17沿着水平方向移动；同时利用光电探测器18采集光刻件101表面反射的光线，并将产生的形貌数据发送至控制器19，控制器19根据形貌数据调节位相器件15与光刻件101之间的焦距；
将位相器件15设置于反射镜14与光刻件101之间，利用位相器件15在光刻件101的表面形成干涉曝光场，将直写光刻切换为干涉光刻；具体地，当需要对光刻件101进行微米结构的加工时，移除位相器件15，图形光由反射镜14反射后在光刻件101的表面形成结构光斑，此时光线与光刻材料进行作用实现直写光刻；当需要对光刻件101进行纳米结构的加工时，将位相器件15设置于反射镜14与光刻件101之间，图形光由反射镜14反射后首先经过位相器件15，位相器件15对图形光进行聚焦，并在光刻件101的表面形成干涉曝光场，此时光线与光刻材料进行作用实现干涉光刻。
本发明的混合光刻系统10的光束整形器12用于整形光源11发出的光线；光场调制器13用于将整形后的光线生成图形光；反射镜14用于将图形光反射至待曝光的光刻件101表面实现直写光刻；位相器件15可移除的设置于反射镜14与光刻件101之间，位相器件15用于在光刻件101的表面形成干涉曝光场实现干涉光刻。因此，本发明的混合光刻系统10具有直写光刻和干涉光刻两种功能，可进行混合光刻，既可以进行微米结构的加工，又可以进行纳米结构的加工，提高了光刻效率，降低了光刻成本，同时为新器件和新型印材的研发提供了有效装置。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (9)

1.一种混合光刻系统，其特征在于，包括：
光源(11)；
光束整形器(12)，该光束整形器(12)用于整形该光源(11)发出的光线；
光场调制器(13)，该光场调制器(13)用于显示光刻图像，将整形后的光线经过光场调制器(13)生成图形光；
反射镜(14)，该反射镜(14)用于将图形光反射至待曝光的光刻件(101)表面实现直写光刻；以及
位相器件(15)，该位相器件(15)用于在光刻件(101)的表面形成干涉曝光场实现干涉光刻,该位相器件(15)可移除的设置于该反射镜(14)与光刻件(101)之间，实现直写光刻和干涉光刻的切换。
2.如权利要求1所述的混合光刻系统，其特征在于,该混合光刻系统还包括计算机(16)和控制器(18),该计算机(16)用于提供光刻图像和位移数据，并将光刻图像和位移数据发送至该控制器(18)，所述控制器(18)用于上传光刻图像至该光场调制器(13)，通过位移数据控制载物台的运动。
3.如权利要求2所述的混合光刻系统，其特征在于,该混合光刻系统还包括载物台(17),该载物台(17)用于承载光刻件(101)，该载物台(17)可在水平面内移动，通过该控制器(18)读取位移数据，实现光刻光斑与光刻件(101)的相对运动。
4.如权利要求2所述的混合光刻系统，其特征在于,该混合光刻系统还包括光电探测器(19),该光电探测器(19)用于采集光刻件(101)表面反射的光线，并将产生的形貌数据发送至该控制器(18)，该控制器(18)根据形貌数据调节该位相器件(15)与光刻件(101)之间的距离，从而实现在光刻件(101)表面聚焦。
5.如权利要求1所述的混合光刻系统，其特征在于,该光场调制器(13)为空间光调制器或位相光调制器。
6.一种混合光刻方法，其特征在于，该混合光刻方法包括以下步骤：
利用光束整形器(12)对光源(11)发出的光线进行整形；
利用光场调制器(13)将整形后的光线生成图形光；
利用反射镜(14)将图形光反射至待曝光的光刻件(101)表面实现直写光刻；以及
将位相器件(15)设置于该反射镜(14)与光刻件(101)之间，利用该位相器件(15)在光刻件(101)的表面形成干涉曝光场，将直写光刻切换为干涉光刻。
7.如权利要求6所述的混合光刻方法，其特征在于，利用光场调制器(13)将整形后的光线生成图形光的过程包括:
利用计算机(16)提供光刻图像，并将光刻图像发送至控制器(18)，利用该控制器(18)上传光刻图像至该光场调制器(13)，使该光场调制器(13)显示光刻图像，并使整形后的光线经过该光场调制器(13)时生成图形光。
8.如权利要求7所述的混合光刻方法，其特征在于，利用反射镜(14)将图形光反射至待曝光的光刻件(101)表面实现直写光刻后的步骤还包括：
将光刻件(101)放置在载物台(17)上，利用该控制器(18)根据位移数据控制该载物台(17)沿着水平方向移动。
9.如权利要求7所述的混合光刻方法，其特征在于，利用反射镜(14)将图形光反射至待曝光的光刻件(101)表面实现直写光刻后的步骤还包括：利用光电探测器(19)采集光刻件(101)表面反射的光线，并将产生的形貌数据发送至该控制器(18)，该控制器(18)根据形貌数据调节该位相器件(15)与光刻件(101)之间的焦距。
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