CN109541894A - 一种实时监测显影过程的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时监测显影过程的装置，包括显影模块、衍射光接收模块和监测模块，显影模块包括显影罐、以及设于显影罐上的光栅定位组件，该光栅定位组件用于将光栅固定在显影罐中进行显影；衍射光接收模块包括激光器和光电接收器，激光器用于发出激光束照射光栅，光电接收器用于接收激光束照射光栅后从光栅衍射出的光信号，并将光信号转换为电信号；监测模块包括与光电接收器连接的数据处理器、和与数据处理器连接的显示器，所述光电接收器接收到的光信号经过所述数据处理器处理后在所述显示器上显示为衍射光的强弱变化曲线。通过该装置，可以直接从该曲线上确定显影截止点，得到高质量的全息光栅掩模。

Description

一种实时监测显影过程的装置

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，更具体而言，涉及一种在全息光栅制作过程中实时监测显影过程的装置。

背景技术

在全息光栅制作工艺中，把经过曝光的潜像光栅放入碱性溶液中进行蚀刻，是光刻胶中的潜像转化成为具有浮雕图案，这个过程就是显影。显影是全息光栅刻槽形成的最后一道工艺步骤，是需要控制的重要工艺参数之一，显影时间不足或显影时间多长都不能得到理想的光栅刻槽。传统方法是采用固定的曝光量，通过大量实验反复修正，最后获得最佳工艺条件。由于影响全息光栅质量的工艺条件很多，其中许多条件在实验过程中还会波动，导致实验结果难以判断和控制，所以采用这种传统的方法需要的实验工作量大，研究周期长，最终往往还得不到质量良好的全息光栅。因此，为了研制高质量的全息光栅掩模、提高研究效率、最佳工艺条件的可操作性和重复性，需要对对全息光栅掩模制作的主要工艺步骤之一的显影技术进行实时监测，优化显影终止时间。

发明内容

为了克服上述已有技术存在的缺陷，本发明提出了一种在全息光栅制作过程中能够简便可行地实时监测显影过程的技术方案。

本发明的目的可通过以下技术措施来实现：

本发明提供了一种实时监测显影过程的装置，包括显影模块、衍射光接收模块和监测模块，所述显影模块包括显影罐、以及设于所述显影罐上的光栅定位组件，所述光栅定位组件用于将光栅固定在显影罐中进行显影；

所述衍射光接收模块包括激光器和光电接收器，所述激光器用于发出激光照射所述光栅，所述光电接收器用于接收激光照射所述光栅后从所述光栅衍射出的光信号；

所述监测模块包括与所述光电接收器连接的数据处理器、和与所述数据处理器连接的显示器，所述光电接收器接收到的光信号经过所述数据处理器处理后在所述显示器上显示为衍射光的强弱变化曲线。

优选地，所述光栅定位组件包括滑轨单元、用于将所述滑轨单元固定在所述显影罐内的第一固定机构、以及滑块单元；

所述滑轨单元包括：两条平行间隔设置的滑轨、以及用于支撑所述两条滑轨的支撑机构；

所述滑块单元包括：与所述两条滑轨滑动配合的滑块、以及用于将光栅固定在所述滑块上的第二固定机构，所述第二固定机构设于所述滑块上。

更优选地，所述第一固定机构、所述两条滑轨、所述支撑机构、所述滑块和所述第二固定机构的材料均为聚四氟乙烯。

更优选地，所述滑块单元上还设有提拉机构，手提所述提拉机构将所述滑块通过所述滑轨置于所述显影罐中。

更优选地，所述提拉机构设于所述滑块上；或所述提拉机构设于所述第二固定机构上。

优选地，所述显影罐为透明圆柱体罐。

优选地，所述光电接收器为功率计。

优选地，所述光电接收器接收的光信号为-1级衍射光信号。

优选地，所述激光器为He-Ne激光器，所述He-Ne激光器发出的激光的波长为632.8nm。

优选地，所述衍射光接收模块还包括用于支撑所述激光器的激光器支撑机构和用于支撑所述光电接收器的光电接收器支撑机构。

与现有技术相比，本发明提供的装置通过观察显示器上衍射光的强弱变化曲线就能够直观地了解显影的进度，当曲线中衍射光的能量下降至刚趋于平缓时，即为显影截止点，此时停止显影，将有利于得到高质量的全息光栅掩模。该装置结构简单、操作方便，将其应用于研制高质量的全息光栅掩模时，能够提高研究效率，并得到较好的全息光栅掩模。

附图说明

图1是本发明实施例提供的光栅定位组件中滑轨单元的俯视结构示意图。

图2是本发明实施例提供的光栅定位组件中的滑块单元的结构正视示意图。

图3是本发明实施例提供的一种光栅定位组件的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的显影模块与衍射光接收模块的配合示意图。

图5是本发明实施例提供的实时监测显影过程的装置结构示意图。

图6是本发明实施例提供的显影过程实时监测曲线图。

图中：11、显影罐；12、第一固定机构；13、滑轨；14、支撑横杆；15、滑块；16、第二固定机构；17、提拉口；18、光栅；21、激光器；22、激光器支撑机构；23、光电接收器；24、光电接收器支撑机构；31、数据处理器；32、显示器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

本发明提供了一种在全息光栅制作过程中能够简便可行地实时监测显影过程的装置，该装置包括显影模块、衍射光接收模块和监测模块。其中显影模块包括显影罐、以及设于该显影罐内的光栅定位组件，该光栅定位组件用于将光栅固定在显影罐中进行显影；衍射光接收模块包括激光器和光电接收器，该激光器用于发出激光照射光栅，该光电接收器用于接收激光照射该光栅后从该光栅衍射出的光信号；监测模块包括与光电接收器连接的数据处理器、和与该数据处理器连接的显示器，光电接收器接收到的光信号经过该数据处理器处理后在该显示器上显示为衍射光的强弱变化曲线。

在本发明的一些实施例中，显影罐上设有定位机构，该定位机构保证了显影罐的位置不变；该定位机构以及设于显影罐内的光栅定位组件保证了衍射光的方向和光电接收器的位置，提高了监测结果的准确性。

上述光栅定位组件包括滑轨单元、用于将滑轨单元固定在显影罐上的第一固定机构、以及滑块单元；其中滑轨单元包括两条平行间隔设置的滑轨、以及用于支撑该两条滑轨的支撑机构，该支撑机构设于两条滑轨之间，用于支撑两条滑轨平行。滑块单元包括与该两条滑轨滑动配合的滑块、以及用于将光栅固定在该滑块上的第二固定机构，该第二固定机构设于该滑块上。

在监测显影过程中，显影罐中装有用于显影的碱性液体，根据本发明的一些实施方式，该显影罐为直径为200mm的透明圆柱体罐，选择透明材质主要用于后续步骤中对光栅进行激光照射并接收光栅的衍射光信号。上述的第一固定机构、两条滑轨、支撑机构、滑块、第二固定机构可以直接选择本领域中任何具有防显影液腐蚀的材料制成，也可以是在上述第一固定机构、两条滑轨、支撑机构、滑块、第二固定机构上渡有具有防显影液腐蚀的材料，在本发明的一些实施方式中，优选用聚四氟乙烯材料直接制备上述第一固定机构、两条滑轨、支撑机构、滑块和第二固定机构，直接制备更简单，且聚四氟乙烯具有优异的耐腐蚀性能，能够浸泡在显影液中不被腐蚀，同时也不会对显影液的成分造成污染。

根据本发明的一些实施方式，该支撑机构可以为支撑横杆，且支撑横杆的一端连接在一条滑轨上，另一端连接在另一条滑轨上，优选支撑机构为两条支撑横杆，一条横杆设于靠近两条滑轨上端的位置，另一条横杆设于靠近两条滑轨下端的位置。根据本发明的另一些实施方式，该支撑机构可以为与两条滑轨间隔大小相匹配的支撑板，该支撑板与两条侧边与滑轨相连接。

在本发明的一些实施例中，用于将滑轨单元固定在显影罐上的第一固定机构位于显影罐的底面上，并与滑轨单元连接，主要目的用于固定滑轨单元、并限定其位置，从而使得光栅在显影罐中的位置固定。第一固定机构的位置限定了滑轨单元的位置，而滑轨单元的位置限定了整个光栅定位组件的位置，即光栅的位置，因此第一固定机构在显影罐底面的位置选择以激光能够更好地照射光栅并产生衍射光信号被光电接收器接收为优选。

在本发明的一些实施方式中，滑块单元上还设有提拉机构，手提该提拉机构更便于将滑块通过滑轨置于显影罐中，根据本发明的一些实施例，该提拉机构可以位于滑块上，也可以位于第二固定机构上；根据本发明的另一些实施例，该提拉机构可以为单独设置在滑块上的提拉结构，也可以为位于滑块或第二固定机构上端的一个提拉口。当该提拉机构为单独设置在滑块上的提拉结构时，优选其材料为聚四氟乙烯材料，以免操作过程中接触到显影液被腐蚀，并污染显影液。

请参阅图1-图3所示的本发明实施例提供的一种光栅定位组件结构示意图，其中图1所示为光栅定位组件的滑轨单元的俯视结构示意图，结合图3可以看到该滑轨单元包括两条平行间隔设置的滑轨13、分别连接这两条滑轨13上端的第一支撑横杆14和连接这两条滑轨13下端的第二支撑横杆14。第一支撑横杆14和第二支撑横杆14用于支撑两条滑轨13平行；在图1中还设有第一固定机构12，该机构12固定在显影罐11的底面上、并与第二支撑横杆14连接，通过第一固定机构12将该滑轨单元固定在显影罐内。

图2所示为光栅定位组件中的滑块单元的结构正视示意图，该滑块单元包括与两条滑轨13滑动配合的滑块15、和用于将光栅18固定在滑块15上的第二固定机构16。该第二固定结构16包含两部分，分别位于滑块15的上、下两端，使得光栅18上下两端更好的被固定在滑块15上。在第二固定机构16的上端设有一个长方形的提拉口17，手提该提拉口17将滑块15通过滑轨13置于显影罐11中。

当需要对光栅18进行固定时，先利用第二固定机构16将光栅18固定在滑块15上，然后手提提拉口17将滑块15插入滑轨13中；如果需要更换新光栅，则先手提提拉口17将滑块15从滑轨13中提出来；然后解开第二固定机构16将光栅18取下，更换为新光栅；继续利用第二固定机构16将新光栅固定在滑块15上，然后手提提拉机构17将滑块15插入滑轨13中。

请参阅图4所示的本发明实施例提供的显影模块与衍射光接收模块的配合示意图，从图4中可以看到该衍射光接收模块包括激光器21和光电接收器23、以及分别用于支撑该激光器21的激光器支撑机构22和用于支撑该光电接收器23的光电接收器支撑机构24。激光器支撑机构22和光电接收器支撑机构24不仅可以固定住各自所支撑的机构，还具备能够调整各自所支撑机构角度的功能。

激光器21用于发出激光照射光栅18，光电接收器23用于实时接收激光照射光栅18后，从光栅18衍射出的光信号，并将该光信号转换为电信号。光电接收器23的位置可以通过一块刻槽密度与待显影的潜像光栅相同的标准光栅来确定，具体为：将显影罐的位置固定，然后将标准光栅安置在光栅定位组件上，打开激光器21的电源，调整激光的方向，使得激光照射该标准光栅，此时通过激光器支撑结构22将激光器21固定；在标准光栅的衍射光方向放置光电接收器23，然后通过光电接收器支撑机构24将光电接收器23固定即可。

在本发明的一些实施例中，光电接收器23为功率计，激光器21为He-Ne激光器，其发出的激光的波长为632.8nm。所使用的激光器支撑结构22和光电接收器支撑结构24分别为卓立汉光公司的激光管固定及调整架和多维调整架。

潜像光栅是在光栅基底上涂有光致抗蚀剂，在干涉场中曝光后得到。潜像光栅浸没在显影液中，由于不同位置曝光量不同，显影刻蚀速率也不同，因而最终在光刻胶表面形成表面浮雕形的结构。潜像光栅在相应显影过程中槽形随时间变化必然会表现出衍射光强变化，利用衍射光强的变化对显影过程进行实时监测。

请参阅图5所示的本发明实施例提供的实时监测显影过程的装置结构示意图，该示意图在图4的基础上增加了监测模块，从图5中可知，监测模块包括与光电接收器23连接的数据处理器31、和与该数据处理器31连接的显示器32，光电接收器23接收到的光信号变为电信号后经过该数据处理器31处理后在该显示器32上显示为衍射光的强弱变化曲线，该曲线反应了与显影时间一一对应的衍射光能量变化情况。根据本发明的一些具体实施方式，数据处理器31采用Newport公司的功率计相关数据处理器，显示器32采用微型计算机。

在本发明的一些实施方式中，光电接收器23接收的光信号为-1级衍射光信号，数据处理器31处理后得到的即为与显影时间一一对应的-1级衍射光能量。-1级衍射光能量测量简便，实验数据稳定且准确，通过观察-1级衍射光能量随显影时间的变化就可以找到适宜的显影截止点。

请参阅图6所示的本发明实施例提供的显影过程实时监测曲线图，从图中可以看到，随着显影时间的逐渐延长，-1级衍射光能量会逐渐下降至平缓，形成全局最小值区域范围，如图中虚线框中所示。在实时监测显影过程中，当-1级衍射光能量刚到达该区域范围时，即可确定此时对应的显影时间为显影截止点，在该显影截止点处停止显影，将有利于得到高质量的全息光栅掩模。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实时监测显影过程的装置，其特征在于，包括显影模块、衍射光接收模块和监测模块，所述显影模块包括显影罐、以及设于所述显影罐上的光栅定位组件，所述光栅定位组件用于将光栅固定在显影罐中进行显影；

所述衍射光接收模块包括激光器和光电接收器，所述激光器用于发出激光照射所述光栅，所述光电接收器用于接收激光照射所述光栅后从所述光栅衍射出的光信号；

所述监测模块包括与所述光电接收器连接的数据处理器、和与所述数据处理器连接的显示器，所述光电接收器接收到的光信号经过所述数据处理器处理后在所述显示器上显示为衍射光的强弱变化曲线。

2.如权利要求1所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述光栅定位组件包括滑轨单元、用于将所述滑轨单元固定在所述显影罐内的第一固定机构、以及滑块单元；

所述滑轨单元包括：两条平行间隔设置的滑轨、以及用于支撑所述两条滑轨的支撑机构；

所述滑块单元包括：与所述两条滑轨滑动配合的滑块、以及用于将光栅固定在所述滑块上的第二固定机构，所述第二固定机构设于所述滑块上。

3.如权利要求2所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述第一固定机构、所述两条滑轨、所述支撑机构、所述滑块和所述第二固定机构的材料均为聚四氟乙烯。

4.如权利要求2所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述滑块单元上还设有提拉机构，手提所述提拉机构将所述滑块通过所述滑轨置于所述显影罐中。

5.如权利要求4所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述提拉机构设于所述滑块上；或所述提拉机构设于所述第二固定机构上。

6.如权利要求1-5中任一项所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述显影罐为透明圆柱体罐。

7.如权利要求1所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述光电接收器为功率计。

8.如权利要求1或7所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述光电接收器接收的光信号为-1级衍射光信号。

9.如权利要求1所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述激光器为He-Ne激光器，所述He-Ne激光器发出的激光的波长为632.8nm。

10.如权利要求1所述的实时监测显影过程的装置，其特征在于，所述衍射光接收模块还包括用于支撑所述激光器的激光器支撑机构和用于支撑所述光电接收器的光电接收器支撑机构。