CN108490524B - 一种高线密度光栅掩模的制备方法和系统 - Google Patents

一种高线密度光栅掩模的制备方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高线密度光栅掩模的制备方法和系统，所述方法包括以下步骤：将激光器发射出的激光经过激光扩束镜进行扩束后形成第一平行光束；将第一平行光束正入射在矩形振幅透射光栅上，并在矩形振幅透射光栅之后的第一位置形成泰伯像，所述泰伯像与待拉伸的光栅掩模形成莫尔条纹；采用拉伸装置沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向对待拉伸的光栅掩模进行拉伸，以提高待拉伸的光栅掩模的线密度；采用CCD传感器实时探测拉伸过程中的莫尔条纹，并根据探测的莫尔条纹实时计算出拉伸过程中光栅掩模的线密度，直至计算出的线密度达到预设线密度。相比于传统拉伸法需要仿真模拟材料和拉力关系的方式，本发明具有步骤简单、精准度高等优点。

Description

一种高线密度光栅掩模的制备方法和系统
技术领域
本发明涉及光栅制造领域，特别涉及一种高线密度光栅掩模的制备方法和系统。
背景技术
高线密度光栅掩模的制备方法包括电子束光刻、X射线曝光等方法，但都存在着效率低、设备昂贵等缺陷。拉伸法是采用机械拉伸装置，对柔性低线密度光栅掩模进行拉伸，利用柔性材料的形变使光栅线密度变高的方法，其优点是工艺简单、廉价，效率高。然而，为了拉伸达到特定的刻线密度，需要对材料形变与施加拉力的关系进行仿真，并精密控制拉伸装置，存在着极高的难度。
发明内容
为此，需要提供一种高线密度光栅掩模的制备的技术方案，解决现有的高线密度光栅掩模的制备方法存在的工艺复杂、成本高、难度大等问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种高线密度光栅掩模的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将激光器发射出的激光经过激光扩束镜进行扩束后形成第一平行光束；
将第一平行光束正入射在矩形振幅透射光栅上，并在矩形振幅透射光栅之后的第一位置形成泰伯像，所述泰伯像与待拉伸的光栅掩模形成莫尔条纹；所述待拉伸的光栅掩模设置于所述第一位置，所述第一位置还设置有拉伸装置；
采用拉伸装置沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向对待拉伸的光栅掩模进行拉伸，以提高待拉伸的光栅掩模的线密度；所述拉伸装置包括传动机构、第一夹片和第二夹片；所述第一夹片和第二夹片分别用于夹持待拉伸的光栅掩模的两端，第一夹片和第二夹片能够在传动机构作用下沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向运动，以对待拉伸的光栅掩模进行拉伸；
采用CCD传感器实时探测拉伸过程中的莫尔条纹，并根据探测的莫尔条纹实时计算出拉伸过程中光栅掩模的线密度，直至计算出的线密度达到预设线密度。
进一步地，当CCD传感器计算出拉伸后的光栅掩模的线密度达到预设线密度之后，所述制备方法包括以下步骤：
采用紫外固化胶浇筑在达到预设线密度的拉伸后的光栅掩模上，并采用紫外曝光机对其进行固化。
进一步地，所述预设线密度的数值不小于2000线/毫米。
进一步地，所述待拉伸的光栅掩模的初始线密度的数值不大于500线/毫米。
进一步地，所述第一平行光束的口径为20至50mm。
进一步地，所述矩形振幅透射光栅为：光栅周期为5μm的石英掩模版，所述泰伯像为周期5μm的明暗条纹交替的石英掩模版的自成像。
进一步地，所述第一位置为石英掩模版后10.566cm处。
进一步地，所述待拉伸的光栅掩模为：光栅周期为40μm的硅胶掩模版。
发明人还提供了一种高线密度光栅掩模的制备系统，所述制备系统包括激光器、激光扩束镜、矩形振幅透射光栅、待拉伸的光栅掩模、拉伸装置、CCD传感器；所述激光器、激光扩束器、矩形振幅透射光栅、待拉伸的光栅掩模、CCD传感器沿激光光路依次设置；
激光器发射出的激光经过激光扩束镜进行扩束后形成第一平行光束，第一平行光束正入射在矩形振幅透射光栅上，并在矩形振幅透射光栅之后的第一位置形成泰伯像；待拉伸的光栅掩模和拉伸装置设置于所述第一位置，以使得所述泰伯像与待拉伸的光栅掩模形成莫尔条纹；
所述拉伸装置包括传动机构、第一夹片和第二夹片；所述第一夹片和第二夹片分别用于夹持待拉伸的光栅掩模的两端，第一夹片和第二夹片能够在传动机构作用下沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向运动，以对待拉伸的光栅掩模进行拉伸。
进一步地，所述制备系统还包括紫外固化装置，所述紫外固化装置用于对拉伸后的光栅掩模进行固化处理。
本发明提供了一种高线密度光栅掩模的制备方法和系统，通过采用CCD传感器检测莫尔条纹的方式来计算拉伸光栅掩模的线密度。具体原理如下：泰伯效应是指用单色平面波正入射一周期性结构时，在菲涅尔衍射区中某些特定位置上会形成周期性结构的自身的像，若在此特定位置处放置另一周期性结构，则可以观察到莫尔条纹，莫尔条纹的形状与两个周期性结构的周期存在联系。当其中一个周期性结构的周期发生变化时，莫尔条纹也会随之发生变化。通过探测莫尔条纹就可以实时反推出变化着的周期性结构的周期。利用这种方法，可以在拉伸法拉伸制作高线密度光栅掩模过程中，通过CCD传感器实时监测被拉伸的柔性光栅掩模的线密度，并在其达到所需要求时及时停止。相比于传统拉伸法需要仿真模拟材料和拉力关系的方式，本发明具有步骤简单、精准度高等优点。
附图说明
图1为本发明一实施例涉及的高线密度光栅掩模的制备方法的流程图；
图2本发明一实施例涉及的高线密度光栅掩模的制备系统的示意图；
图3为本发明另一实施例涉及的高线密度光栅掩模的制备系统的示意图；
附图标记：
1、激光器；2、激光扩束镜；3、矩形振幅透射光栅；4、待拉伸的光栅掩模、；5、CCD传感器；6、紫外曝光机；7、达到预设线密度的拉伸后的光栅掩模。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1，为本发明一实施例涉及的高线密度光栅掩模的制备方法的流程图；所述制备方法包括以下步骤：
首先进入步骤S101将激光器发射出的激光经过激光扩束镜进行扩束后形成第一平行光束。激光扩束镜主要有两个用途：其一是扩展激光束的直径；其二是减小激光束的发散角。因此，它被用于远距离照明或投影，以及聚焦系统。一束被扩束的光束的发散角，和扩束比成反比例变化。在本实施方式中，激光器发射出的激光波长为473.2nm，在另一些实施例中，激光器还可以是能够发射532nm绿光的激光器或能够发射632.8nm红光的激光器。第一平行光束为经过扩束后的大口径平行光束，优选的，所述第一平行光束的口径为20至50mm。
而后进入步骤S102将第一平行光束正入射在矩形振幅透射光栅上，并在矩形振幅透射光栅之后的第一位置形成泰伯像，所述泰伯像与待拉伸的光栅掩模形成莫尔条纹。所述待拉伸的光栅掩模设置于所述第一位置，所述第一位置还设置有拉伸装置。在本实施方式中，光栅周期为5μm的石英掩模版，优选的，所述石英掩模版的占宽比为0.5、尺寸为(15×15)cm2、厚度为2mm。所述泰伯像为周期5μm的明暗条纹交替的石英掩模版的自成像，所述第一位置为石英掩模版后10.566cm处。在本实施方式中，所述待拉伸的光栅掩模为：光栅周期为40μm的硅胶掩模版，优选的，所述待拉伸的光栅掩模的高宽比为1:1。
泰伯效应是指用单色平面波正入射一周期性结构时，在菲涅尔衍射区中某些特定位置上会形成周期性结构的自身的像(即泰伯像)，若在此特定位置处放置另一周期性结构(如待拉伸的光栅掩模)，则可以观察到莫尔条纹，莫尔条纹的形状与两个周期性结构的周期存在联系。当其中一个周期性结构的周期发生变化时，莫尔条纹也会随之发生变化。通过探测莫尔条纹就可以实时反推出变化着的周期性结构的周期。
莫尔条纹是光栅位移精密测量的基础，在实际应用中由两个空间频率相近的周期性光栅图形叠加而形成的光学条纹就是莫尔条纹，可以由遮光效应、衍射效应和干涉效应等多种原理产生。根据莫尔条纹原理可以实现直线位移和角位移的静态、动态测量，基于莫尔条纹数量与位移的关系实现精密位移测量，能够满足接触、非接触、小量程、大量程、一维、多维等各种需求的测量与控制反馈
而后进入步骤S103采用拉伸装置沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向对待拉伸的光栅掩模进行拉伸，以提高待拉伸的光栅掩模的线密度；所述拉伸装置包括传动机构、第一夹片和第二夹片；所述第一夹片和第二夹片分别用于夹持待拉伸的光栅掩模的两端，第一夹片和第二夹片能够在传动机构作用下沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向运动，以对待拉伸的光栅掩模进行拉伸。采用“拉伸法”拓宽光栅掩模的线密度为现有技术，具体可以参考以下链接的论文第33页附图4.5进行了解：http://www.doc88.com/p-8718599245571.html。
具体地，拉伸装置在使用过程中，可以将第一夹片和第二夹片夹持于一个不锈钢矩形框相对的两端位置，并通过齿条与不锈钢框相连，所述待拉伸的光栅掩模设置于不锈钢框内。不锈钢框上装有旋钮，与齿条啮合。通过旋动旋钮，使第一夹片和第二夹片分别反向沿垂直于不锈钢框的方向运动，实现对待拉伸的光栅掩模进行拉伸。
而后进入步骤S104采用CCD传感器实时探测拉伸过程中的莫尔条纹，并根据探测的莫尔条纹实时计算出拉伸过程中光栅掩模的线密度，直至计算出的线密度达到预设线密度。
CCD传感器是一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。它具有光电转换、信息存贮和延时等功能，而且集成度高、功耗小，已经在摄像、信号处理和存贮3大领域中得到广泛的应用，尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。由于在军事领域主要用的是面阵CCD，因此这里主要介绍面阵CCD。
在本实施方式中，所述预设线密度的数值不小于2000线/毫米，所述待拉伸的光栅掩模的初始线密度的数值不大于500线/毫米。即设置于第一位置的光栅掩模经过拉伸后，线密度达到2000线/毫米(假设预设线密度的数值为2000线/毫米)后停止拉伸，此时说明已经将待拉伸的光栅掩模的线密度通过“拉伸法”成功提高到了2000线/毫米，即已经得到了高线密度的光栅掩模。
在某些实施例中，当CCD传感器计算出拉伸后的光栅掩模的线密度达到预设线密度之后，所述制备方法包括以下步骤：采用紫外固化胶浇筑在达到预设线密度的拉伸后的光栅掩模上，并采用紫外曝光机对其进行固化。具体如下：将被拉伸过且达到所需线密度的光栅掩模连同拉伸装置(包括夹持光栅掩模的夹片)一同从第一位置上取出，并在光栅掩模上浇筑紫外固化胶，并将浇筑有紫外固化胶的光栅掩模放置于紫外曝光机下。而后开启紫外曝光机，利用紫外曝光机发出的紫外线对紫外固化胶进行固化。等等固化完成后，解开锁紧的拉伸装置(即两片夹具)，将紫外固化胶缓缓剥离，即可得到高线密度光栅掩模。
如图2、3所示，本发明还提供了一种高线密度光栅掩模的制备系统，所述制备系统包括激光器1、激光扩束镜2、矩形振幅透射光栅3、待拉伸的光栅掩模4、拉伸装置、CCD传感器5；所述激光器1、激光扩束器2、矩形振幅透射光3栅、待拉伸的光栅掩模4、CCD传感器5沿激光光路依次设置；
激光器发射出的激光经过激光扩束镜进行扩束后形成第一平行光束，第一平行光束正入射在矩形振幅透射光栅上，并在矩形振幅透射光栅之后的第一位置形成泰伯像；待拉伸的光栅掩模和拉伸装置设置于所述第一位置，以使得所述泰伯像与待拉伸的光栅掩模形成莫尔条纹；
所述拉伸装置包括传动机构、第一夹片和第二夹片；所述第一夹片和第二夹片分别用于夹持待拉伸的光栅掩模的两端，第一夹片和第二夹片能够在传动机构作用下沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向运动，以对待拉伸的光栅掩模进行拉伸。
在某些实施例中，所述制备系统还包括紫外固化装置6，所述紫外固化装置6用于对拉伸后的光栅掩模7进行固化处理。具体如下：将被拉伸过且达到所需线密度的光栅掩模连同拉伸装置(包括夹持光栅掩模的夹片)一同从第一位置上取出，并在光栅掩模上浇筑紫外固化胶，并将浇筑有紫外固化胶的光栅掩模放置于紫外曝光机(即紫外固化装置6)下。而后开启紫外曝光机，利用紫外曝光机发出的紫外线对紫外固化胶进行固化。等等固化完成后，解开锁紧的拉伸装置(即两片夹具)，将紫外固化胶缓缓剥离，即可得到高线密度光栅掩模。
本发明提供了一种高线密度光栅掩模的制备方法及制备系统，具体方式如下：(1)将激光通过扩束，并将扩束光束正入射到矩形振幅透射光栅形成泰伯像，使得泰伯像与待拉伸的低线密度光栅掩模重叠形成莫尔条纹；(2)采用CCD对莫尔条纹进行探测；(3)采用拉伸装置拉伸低线密度光栅掩模；(4)通过莫尔条纹的变化判断被拉伸光栅掩模的线密度；(5)采用紫外固化装置将被拉伸的光栅掩模图案转移到不易形变的材质(如PUA紫外固化胶)上，从而可以实现高线密度光栅掩模的制备。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将激光器发射出的激光经过激光扩束镜进行扩束后形成第一平行光束；
将第一平行光束正入射在矩形振幅透射光栅上，并在矩形振幅透射光栅之后的第一位置形成泰伯像，所述泰伯像与待拉伸的光栅掩模形成莫尔条纹；所述待拉伸的光栅掩模设置于所述第一位置，所述第一位置还设置有拉伸装置；
采用拉伸装置沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向对待拉伸的光栅掩模进行拉伸，以提高待拉伸的光栅掩模的线密度；所述拉伸装置包括传动机构、第一夹片和第二夹片；所述第一夹片和第二夹片分别用于夹持待拉伸的光栅掩模的两端，第一夹片和第二夹片能够在传动机构作用下沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向运动，以对待拉伸的光栅掩模进行拉伸；
采用CCD传感器实时探测拉伸过程中的莫尔条纹，并根据探测的莫尔条纹实时计算出拉伸过程中光栅掩模的线密度，直至计算出的线密度达到预设线密度。
2.如权利要求1所述的高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，当CCD传感器计算出拉伸后的光栅掩模的线密度达到预设线密度之后，所述制备方法包括以下步骤：
采用紫外固化胶浇筑在达到预设线密度的拉伸后的光栅掩模上，并采用紫外曝光机对其进行固化。
3.如权利要求1或2所述的高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，所述预设线密度的数值不小于2000线/毫米。
4.如权利要求3所述的高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，所述待拉伸的光栅掩模的初始线密度的数值不大于500线/毫米。
5.如权利要求1或2所述的高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，所述第一平行光束的口径为20至50mm。
6.如权利要求1或2所述的高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，所述矩形振幅透射光栅为：光栅周期为5μm的石英掩模版，所述泰伯像为周期5μm的明暗条纹交替的石英掩模版的自成像。
7.如权利要求6所述的高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，所述第一位置为石英掩模版后10.566cm处。
8.如权利要求6所述的高线密度光栅掩模的制备方法，其特征在于，所述待拉伸的光栅掩模为：光栅周期为40μm的硅胶掩模版。
9.一种高线密度光栅掩模的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括激光器、激光扩束镜、矩形振幅透射光栅、待拉伸的光栅掩模、拉伸装置、CCD传感器；所述激光器、激光扩束镜、矩形振幅透射光栅、待拉伸的光栅掩模、CCD传感器沿激光光路依次设置；
激光器发射出的激光经过激光扩束镜进行扩束后形成第一平行光束，第一平行光束正入射在矩形振幅透射光栅上，并在矩形振幅透射光栅之后的第一位置形成泰伯像；待拉伸的光栅掩模和拉伸装置设置于所述第一位置，以使得所述泰伯像与待拉伸的光栅掩模形成莫尔条纹；
所述拉伸装置包括传动机构、第一夹片和第二夹片；所述第一夹片和第二夹片分别用于夹持待拉伸的光栅掩模的两端，第一夹片和第二夹片能够在传动机构作用下沿待拉伸的光栅掩模的条纹方向运动，以对待拉伸的光栅掩模进行拉伸。
10.如权利要求9所述的高线密度光栅掩模的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括紫外固化装置，所述紫外固化装置用于对拉伸后的光栅掩模进行固化处理。
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