CN110967945A - 一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统及方法 - Google Patents

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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70408—Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect

Abstract

本发明公开了一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统，属于微纳加工技术领域，包括激光器、扩束镜、准直系统、反射镜、偏振器件、分束与折光系统及基片；由激光器发出的激光束依次经过扩束和准直后，被反射镜折转光路至偏振器件，通过偏振器件将光束变成线偏振光，再由分束与折光系统将激光束分成三个相干光束，然后使它们以一定的入射角同时照射到基片上的同一点。该系统能保证微纳结构图案尺寸的均匀性及一致性、能够快速高效低成本的制备微纳表面结构，对均匀分布的周期性结构的制作降低了难度。

Description

一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统及方法
技术领域
本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统及方法。
背景技术
激光干涉光刻是一种以其大面积、高效率、低成本制作微纳图案而广泛受到关注，该技术能够制作微米级、纳米级及微纳混合的周期性图案，对于微纳混合的周期性图案可通过改变入射光的入射角或空间角来实现。利用激光干涉光刻的方法制作周期性阵列图形，以其低成本、能制作大面积周期性图形而受到广泛的关注。
目前可制作无调制周期性微纳结构的主要技术有：离子束光刻IBL(ion beamlithography)、电子束光刻EBL(electron beam lithography)和扫描探头光刻SPL(scanning probe lithography)。SPL可以用功能化的原子力显微镜AFM(atomic forcemicroscope)或扫描隧道显微镜STM(scanning tunnelling microscope)来完成。由于这三种技术均采用耗时的顺序工作方式，其缺点是速度非常慢，不适合批量生产。另一种相关的技术是纳米压印NIL(nano imprint lithography)。NIL提供了一种低成本批量生产纳米表面结构的途径，但其压印的物理特性决定了它的严格使用条件。否则，不完善的表面结构就可随时产生，并且它的模板图案形状是固定的。
发明内容
为了克服现有技术中存在的激光干涉光刻图案有调制的现象，本发明利用三光束干涉可保证激光干涉光刻图案分布的均匀性，提供了一种能保证微纳结构图案尺寸的均匀性及一致性、快速高效低成本的微纳表面结构的制作方法和系统，对均匀分布的周期性结构的制作降低了难度；另外，利用激光干涉光刻制作此结构也可用来制作电视、电影摄影镜头、光学镜面的减反层以及大功率激光系统要求的某些元件有极低的表面反射等，其制作工艺简单、便宜。
本发明通过如下技术方案实现：
一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统，包括激光器1、扩束镜2、准直系统3、反射镜4、偏振器件5、分束与折光系统6及基片7；由激光器1发出的激光束依次经过扩束2和准直3后，被反射镜4折转光路至偏振器件5，通过偏振器件5将光束变成线偏振光，再由分束与折光系统6将激光束分成三个相干光束，然后使它们以一定的入射角同时照射到基片7上的同一点。
本发明的另一目的是提供了一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的方法，具体步骤如下：
步骤一，由激光器1发出的633nm的红色激光束，其功率为0.5nW，光斑直径1.2mm，经扩束2和准直3后形成光斑直径为35mm的准平行光束；
步骤二，形成的准平行光束通过反射镜4(反射率为99％的铝膜反射镜)反射后，照射到偏振器件5表面(消光比10000：1)，使得从偏振器件5出来的光成为线偏振光；
步骤三，再由分束与折光系统6先将所形成的偏振光束分成三束具有一定入射角度的相干光，通过调整分束与折光系统6的翻转角度来实现各光束的入射角度控制，使它们以一定的入射角照射到基片7上的相同位置，形成无调制阵列结构。
进一步地，所述基片的表面为平面、非平面或任意不规则曲面。
本发明的原理如下：
基于多光束激光干涉过程中，相干光束在重合区域中光强重新分布，形成具有周期性结构特征的干涉图形。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明采用三光束激光干涉光刻方式，由于三光束激光干涉光刻对光束参数的要求低，任意参数设定情况下均能得到大小一致、均匀的无调制干涉图案，对于均匀性要求高的微纳结构的制作，具有干涉图案均匀性好、稳定性好、生产难度低的优点，为无调制周期性结构的生产提供了便利；
2、由于激光干涉光刻制作微纳结构可以通过光学移相或机械位移样品，然后重复曝光或多次曝光插补，从而实现高密度周期性结构，具有密度高、周期性好的优点；
3、由于激光干涉光刻可制作几纳米到几微米可调的结构，具有图形特征尺寸小的优点。
附图说明
图1为本发明的一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统的结构示意图；
图2为本发明的三光束激光干涉纳米光刻获得的无调制周期性阵列结构的示意图；
图3为用于对比的实例图；(a)为四光束激光干涉所形成的周期性点阵图形分布；(b)为三光束激光干涉所形成的周期性点阵图形分布；
图中：激光器1、扩束镜2、准直系统3、反射镜4、偏振器件5、分束与折光系统6、基片7。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
对比实施例
如图3所示,图(a)为四光束激光干涉所形成的周期性点阵图形分布，其中红色的点阵为采集得到的633nm波长激光四光束干涉后的光强点阵分布，可以看到该图形中的某一点除了和相邻的点构成周期性结构之外，还存在沿竖直方向带状的周期性间隙，使得点阵在大面积范围内存在周期性调制现象；图(b)为三光束激光干涉所形成的周期性点阵图形分布，其中红色的点阵为采集得到的633nm波长激光三光束干涉后的光强点阵分布，其中三束光具有不同的入射角度和方位角，但该图形中的某一点除了和相邻的点构成周期性结构之外，再无其他周期性调制现象的存在，获得了大面积范围内的周期性无调制阵列结构。
实施例1
一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统，包括激光器1、扩束镜2、准直系统3、反射镜4、偏振器件5、分束与折光系统6及基片7；由激光器1发出的激光束依次经过扩束2和准直3后，被反射镜4折转光路，通过偏振器件5将光束变成线偏振光，再由分束与折光系统6先将激光束分成三个相干光束，使它们以一定的入射角同时照射到基片7上的同一点。
本发明的另一目的是提供了一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的方法，具体步骤如下：
步骤一，由激光器1发出的633nm的红色激光束，其功率为0.5nW，光斑直径1.2mm，经扩束2和准直3后形成光斑直径为35mm的准平行光束；
步骤二，形成的准平行光束通过反射镜4(反射率为99％的铝膜反射镜)反射后，照射到偏振器件5表面(消光比10000：1)，使得从偏振器件5出来的光成为线偏振光；
步骤三，再由分束与折光系统6先将所形成的偏振光束分成三束具有一定入射角度的相干光，通过调整反射镜的翻转角度来实现的各光束的入射角度控制，使它们以一定的入射角照射到基片7上的相同位置，形成无调制阵列结构。
进一步地，所述基片的表面为平面、非平面或任意不规则曲面。
图2为本发明的三光束激光干涉纳米光刻获得的无调制周期性阵列结构的示意图，而图3为用于对比的实例图。图3(a)中在实际利用四光束激光干涉形成周期性点阵图形分布时，点阵中的任意一点除了和相邻的点构成周期性结构之外，还存在沿竖直方向带状的周期性间隙，使得点阵在大面积范围内存在周期性调制现象。而相比之下，如图3(b)可以发现，在实际利用三光束激光干涉形成周期性点阵图形分布时，点阵中的任意一点除了和相邻的点构成周期性结构之外，再无其他周期性调制现象的存在，这一实验结果与图2所示的模拟示意图相一致。
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。
另外需要说明的是，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。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统，其特征在于，包括激光器(1)、扩束镜(2)、准直系统(3)、反射镜(4)、偏振器件(5)、分束与折光系统(6)及基片(7)；由激光器(1)发出的激光束依次经过扩束(2)和准直(3)后，被反射镜(4)折转光路至偏振器件(5)，通过偏振器件(5)将光束变成线偏振光，再由分束与折光系统(6)将激光束分成三个相干光束，然后使它们以一定的入射角同时照射到基片(7)上的同一点。
2.如权利要求1所述的一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统的调制方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，由激光器(1)发出的633nm的红色激光束，其功率为0.5nW，光斑直径1.2mm，经扩束(2)和准直(3)后形成光斑直径为35mm的准平行光束；
步骤二，形成的准平行光束通过反射镜(4)反射后，照射到偏振器件(5)表面，使得从偏振器件(5)出来的光成为线偏振光；
步骤三，再由分束与折光系统(6)先将所形成的偏振光束分成三束具有一定入射角度的相干光，通过调整反射镜的翻转角度来实现各光束的入射角度控制，使它们以一定的入射角照射到基片(7)上的相同位置，形成无调制阵列结构。
3.如权利要求2所述的一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统的调制方法，其特征在于，所述基片的表面为平面、非平面或任意不规则曲面。
4.如权利要求2所述的一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统的调制方法，其特征在于，所述反射镜(4)为反射率为99％的铝膜反射镜。
5.如权利要求2所述的一种激光干涉光刻制作无调制阵列结构的系统的调制方法，其特征在于，所述偏振器件(5)的消光比为10000：1。
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