CN115453826A - 一种激光干涉光刻系统 - Google Patents

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李娜
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Abstract

本发明提供了一种激光干涉光刻系统，涉及激光干涉光刻技术领域，所述系统包括：激光器、光路系统、相位检测装置和基底；其中，激光器用于生成激光光源；激光光源经光路系统分光后形成参考光、第一测量光和第二测量光，入射至相位检测装置；相位检测装置用于基于参考光、第一测量光和第二测量光，获得第一测量光与第二测量光之间的相位差，并基于该相位差向光路系统反馈补偿指令；光路系统还用于接收补偿指令，基于该补偿指令消除上述相位差，获得无相位差的两束曝光光束；无相位差的两束曝光光束用于在基底上形成预设图案。本发明提供的技术方案，采用一种更加精确的相位测量方式，从而能够获得更加精确的光栅图案。

Description

一种激光干涉光刻系统
技术领域
本发明涉及激光干涉光刻技术领域，特别地涉及一种激光干涉光刻系统。
背景技术
激光干涉光刻技术是一种利用两束或者多束激光干涉产生的周期性图形曝光感光基底制造微纳阵列器件的重要技术，主要应用于制造特征尺寸低于亚波长的柱阵、光栅、孔阵、点阵、微透镜阵列等器件。
激光干涉光刻技术在大面积高精度光栅制造中其高速高精度图形锁定技术直接决定了系统的图形锁定精度，是影响最终光栅图案的决定性因素之一。曝光光源经分光反射光路在基底处形成干涉图形，受外界诸如振动、空气扰动的影响，基底处的干涉图形将发生漂移，从而影响曝光质量。相位检测技术作为图形锁定技术中获取干涉光束变化的关键技术，对图案锁定精度具有重要影响。
现有技术主要有两种相位检测方式。一种方式为，利用从两曝光光束引出的光重合入射至CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合器件)形成干涉条纹，CCD通过监测空间干涉条纹图像的移动来获取基底处干涉图形的漂移量，并将漂移量作为反馈输入至控制器，控制器控制压电陶瓷驱动反射镜座调节干涉图形相位，从而实现干涉图形的锁定，最终获取较好的曝光质量。由于CCD分辨率与帧率的限制，难以做到高速高精度的相位调制。
另一种方式为，曝光光源经分光反射光路在基底处形成干涉图形。为防止干涉图形漂移，系统利用基底附近的分光镜分别提取左右曝光光束形成两路具有180°相差的干涉信号，干涉信号通过光电转换后作差放大得到电压信号。干涉图形受外界干扰影响发生相位漂移而引起电压信号变化，以电压信号作为反馈来控制EOM(Electro-optic Modulator，电光调制器)调节干涉图形相位来保持电压稳定，从而实现干涉图形的锁定。所用双通道零差相位测量干涉仪的测量信号为直流信号，其抗干扰能力较差，不易实现高精度测量，相位求解、细分及判向也都较为困难。
现有技术的以上缺点均使得现有的激光干涉光刻系统无法在基底上光刻出高精度的光栅图案。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种激光干涉光刻系统，其采用一种更加精确的相位测量方式，从而能够获得更加精确的光栅图案。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种激光干涉光刻系统，所述系统包括：激光器、光路系统、相位检测装置和基底；
所述激光器用于生成激光光源；所述激光光源经所述光路系统分光后形成参考光、第一测量光和第二测量光；所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光入射至所述相位检测装置；
所述相位检测装置用于基于所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的相位差，并基于所述相位差向所述光路系统反馈补偿指令；
所述光路系统还用于接收所述补偿指令，基于所述补偿指令消除所述相位差，获得无相位差的两束曝光光束；
所述无相位差的两束曝光光束用于在所述基底上形成预设图案。
在一些实施例中，所述光路系统包括：第一声光调制器、第二声光调制器、第三声光调制器、光栅和多个反射镜；
所述激光光源经所述第一声光调制器分出零级衍射光和第一一级衍射光；所述零级衍射光经反射镜转向后，由所述光栅将其分为第一光束和第二光束；所述第一光束经反射镜转向后，由所述第二声光调制器对其进行调制，输出第二一级衍射光作为所述第一测量光；所述第二光束经反射镜转向后，由所述第三声光调制器对其进行调制，输出第三一级衍射光作为所述第二测量光；所述第一一级衍射光经反射镜转向后获得所述参考光。
在一些实施例中，所述第一一级衍射光具有所述第一声光调制器赋予的第一附加频率；所述第二一级衍射光具有所述第二声光调制器赋予的第二附加频率；所述第三一级衍射光具有所述第三声光调制器赋予的第三附加频率；所述第一附加频率、所述第二附加频率和所述第三附加频率两两之间均不相同。
在一些实施例中，所述系统还包括：分光平板；所述无相位差的两束曝光光束入射至所述分光平板，经所述分光平板分光后入射至所述基底，对所述基底进行曝光，以在所述基底上形成所述预设图案。
在一些实施例中，所述相位检测装置包括：相位检测干涉仪和控制器；
所述相位检测干涉仪用于：接收所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光；使所述参考光与所述第一测量光发生干涉，获得第一干涉测量信号；使所述参考光与所述第二测量光发生干涉，获得第二干涉测量信号；将所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号传输至所述控制器；
所述控制器用于：接收所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号；基于所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差，并基于所述相位差向所述第二声光调制器或所述第三声光调制器反馈所述补偿指令；
所述第二声光调制器或所述第三声光调制器还用于接收所述补偿指令，基于所述补偿指令消除所述相位差，获得无相位差的两束曝光光束。
在一些实施例中，所述相位检测干涉仪包括：第一光电探测器、第二光电探测器，以及，依次贴合连接的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，所述第二透镜与所述第三透镜的连接面为第一分光面，所述第一透镜与所述第二透镜的连接面为第二分光面，所述第三透镜与所述第四透镜的连接面为第三分光面；
所述参考光经所述第三透镜入射至所述第一分光面，形成第一透射光和第一反射光；所述第一测量光经所述第一透镜入射至所述第二分光面，形成第二反射光；所述第一透射光在所述第二分光面与所述第二反射光合束，形成所述第一干涉测量信号；所述第二测量光经所述第四透镜入射至所述第三分光面，形成第三反射光；所述第一反射光在所述第三分光面与所述第三反射光合束，形成所述第二干涉测量信号；
所述第一光电探测器用于接收所述第一干涉测量信号，并将所述第一干涉测量信号传输至所述控制器；所述第二光电探测器用于接收所述第二干涉测量信号，并将所述第二干涉测量信号传输至所述控制器。
在一些实施例中，所述第一分光面、所述第二分光面和所述第三分光面上均镀有分光膜。
在一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜之间均采用光胶依次贴合连接，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜实现所述贴合连接后，形成矩形的透镜组。
在一些实施例中，所述参考光经所述第三透镜入射至所述第一分光面，形成第一透射光和第一反射光，包括：
所述参考光垂直入射至所述第三透镜，在所述第三透镜中传播后到达所述第一分光面，形成所述第一透射光和所述第一反射光；
所述第一测量光经所述第一透镜入射至所述第二分光面，形成第二反射光，包括：
所述第一测量光垂直入射至所述第一透镜，在所述第一透镜中传播后到达所述第二分光面，形成所述第二反射光；
所述第二测量光经所述第四透镜入射至所述第三分光面，形成第三反射光，包括：
所述第二测量光垂直入射至所述第四透镜，在所述第四透镜中传播后到达所述第三分光面，形成所述第三反射光；
所述第一光电探测器位于所述透镜组的一侧，且所述第一光电探测器位于所述第一干涉测量信号的出射光路上；所述第二光电探测器位于所述透镜组的另一侧，且所述第二光电探测器位于所述第二干涉测量信号的出射光路上。
在一些实施例中，所述基于所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差，包括：
基于所述第一干涉测量信号，获得所述第一干涉测量信号的光强值；其中，所述第一干涉测量信号的光强值采用以下第一表达式表示：
I1＝E1 2+E3 2+2E1E3cos(-2πΔf1t+Δφ1)
基于所述第二干涉测量信号，获得所述第二干涉测量信号的光强值；其中，所述第二干涉测量信号的光强值采用以下第二表达式表示：
I2＝E2 2+E3 2+2E2E3cos(-2πΔf2t+Δφ2)
其中，I1为所述第一干涉测量信号的光强值；I2为所述第二干涉测量信号的光强值；E1为所述第一测量光的电场复振幅；E2为所述第二测量光的电场复振幅；E3为所述参考光的电场复振幅；Δf1为所述第一测量光与所述参考光的频率差；Δf2为所述第二测量光与所述参考光的频率差；Δφ1为所述第一测量光与所述参考光的相位差值；Δφ2为所述第二测量光与所述参考光的相位差值；
对所述第一表达式和所述第二表达式进行解算，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差。
在一些实施例中，所述基于所述相位差向所述第二声光调制器或所述第三声光调制器反馈所述补偿指令，包括：
基于所述相位差，获得声光调制器的频率变化量；
将所述频率变化量反馈给所述第二声光调制器或所述第三声光调制器；
所述第二声光调制器或所述第三声光调制器还用于接收所述频率变化量，基于所述频率变化量消除所述相位差，获得所述无相位差的两束曝光光束。
本发明实施例提供的激光干涉光刻系统，通过光路系统将激光光源分光后形成参考光、第一测量光和第二测量光，相位检测装置基于上述参考光、第一测量光和第二测量光来获得第一测量光与第二测量光之间的相位差，即相位检测装置在检测第一测量光与第二测量光之间的相位差时，考虑了从激光光源分出的另一束参考光，同时由于参考光与第一测量光和第二测量光存在频率差，提高了光束对外界环境变化的抗干扰能力，因此通过解算后可以获得两束测量光更准确的相位差，进而提高了对光束相位差的补偿精度，使最终获得的光栅图案更加准确。可见，本发明实施例提供的技术方案，采用了一种更加精确的相位测量方式，从而能够获得更加精确的光栅图案。
附图说明
通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本发明公开的范围。其中所包括的附图是：
图1为本发明实施例的系统结构图一；
图2为本发明实施例的系统结构图二；
图3为本发明实施例中相位测量干涉仪光路结构示意图。
附图标记说明
1-激光器 2-第一声光调制器 3-第二声光调制器 4-第三声光调制器
5-光栅 6-第一反射镜 7-第二反射镜 8-第三反射镜 9-第四反射镜
10-第五反射镜 11-第六反射镜 12-第七反射镜 13-第八反射镜
14-分光平板 15-基底 16-相位检测干涉仪 17-控制器
18-第一光电探测器 19-第二光电探测器 20-第一透镜 21-第二透镜
22-第三透镜 23-第四透镜 24-反射棱镜 25-第九反射镜
26-第十反射镜 27-第十一反射镜 28-第十二反射镜
S1-第一测量光 S2-第二测量光 S3-参考光
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
本发明实施例提供了一种激光干涉光刻系统，本发明针对现有方案中存在的调制速度慢、抗干扰能力差、不易实现高精度测量等问题进行设计，提供一种高精度、更高效的相位测量干涉仪和激光干涉光刻系统，具有抗干扰能力强、可高精度测量、结构简洁等优势。
如图1所示，本实施例所述的激光干涉光刻系统包括：激光器、光路系统、相位检测装置和基底。其中，所述激光器用于生成激光光源；所述激光光源经所述光路系统分光后形成参考光、第一测量光和第二测量光；所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光入射至所述相位检测装置。所述相位检测装置用于基于所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的相位差，并基于所述相位差向所述光路系统反馈补偿指令。所述光路系统还用于接收所述补偿指令，基于所述补偿指令消除所述相位差，获得无相位差的两束曝光光束。所述无相位差的两束曝光光束用于在所述基底上形成预设图案。
为了有效获得上述参考光、第一测量光和第二测量光，本实施例所述的光路系统包括：第一声光调制器、第二声光调制器、第三声光调制器、光栅和多个反射镜；其中，所述激光光源经所述第一声光调制器分出零级衍射光和第一一级衍射光；所述零级衍射光经反射镜转向后，由所述光栅将其分为第一光束和第二光束；所述第一光束经反射镜转向后，由所述第二声光调制器对其进行调制，输出第二一级衍射光作为所述第一测量光；所述第二光束经反射镜转向后，由所述第三声光调制器对其进行调制，输出第三一级衍射光作为所述第二测量光；所述第一一级衍射光经反射镜转向后获得所述参考光。
具体地，如图2所示，上述多个反射镜包括：第一反射镜6、第二反射镜7、第三反射镜8、第四反射镜9、第五反射镜10、第六反射镜11、第七反射镜12和第八反射镜13。其中，由所述激光器1发出的激光光源经所述第一声光调制器2分出零级衍射光和第一一级衍射光；所述零级衍射光经第一反射镜6转向后，入射至光栅5，由光栅5将其分为第一光束和第二光束；所述第一光束依次经第二反射镜7、第三反射镜8转向后，入射至第二声光调制器3，由所述第二声光调制器3对其进行调制，输出第二一级衍射光作为所述第一测量光S1；所述第二光束依次经第四反射镜9、第五反射镜10转向后，入射至第三声光调制器4，由所述第三声光调制器4对其进行调制，输出第三一级衍射光作为所述第二测量光S2；所述第一一级衍射光依次经第六反射镜11、第七反射镜12和第八反射镜13后获得所述参考光S3。
本实施例中，所述第一一级衍射光具有所述第一声光调制器2赋予的第一附加频率；所述第二一级衍射光具有所述第二声光调制器3赋予的第二附加频率；所述第三一级衍射光具有所述第三声光调制器4赋予的第三附加频率；所述第一附加频率、所述第二附加频率和所述第三附加频率两两之间均不相同。
具体地，上述附加频率指的是频率的变化量，即某一光束的原始频率加上该光束的附加频率后，能够得到该光束的新的频率。声光调制器本身具有赋予出射光一定的附加频率的功能，即某一光束通过某一声光调制器时，该声光调制器能够根据不同的控制指令向该光束赋予不同的附加频率。本实施例使上述第一一级衍射光、第二一级衍射光和第三一级衍射光均具有附加频率，且附加频率各不相同的目的是，使得后续第一测量光S1/第二测量光S2与参考光S3在发生干涉时存在频率差，由于具有频率差的光束所形成的干涉信号抗干扰能力强，因此本实施例基于上述技术特征，能够使得整个激光干涉光刻系统的抗干扰能力强，进而获得更加精确的光栅图案。
即本实施例中的激光光源经第一声光调制器2后能够获得零级衍射光和附加频率为f1的一级衍射光；第一光束经第二反射镜7、第三反射镜8后，入射至第二声光调制器3，能够获得附加频率为f2的一级衍射光，即第一测量光S1；第二光束经第四反射镜9、第五反射镜10后，入射至第三声光调制器4，能够获得附加频率为f3的一级衍射光，即第二测量光S2。
为了进一步获得更加精确的光栅图案，本实施例所述的系统还包括：分光平板14；所述无相位差的两束曝光光束入射至所述分光平板14，经所述分光平板14分光后入射至所述基底15，对所述基底15进行曝光，以在所述基底15上形成所述预设图案。其中，该预设图案即为预设的光栅图案。
本实施例中，由于对基底15进行曝光的光束是两束无相位差的曝光光束，即没有产生相位漂移量，或者，虽产生相位漂移量但被消除相位漂移量后的曝光光束，因此，其通过分光平板14分光后能够获得精确的曝光图案，进而获得精确的预设光栅图案。
如图2所示，本实施例所述的相位检测装置包括：相位检测干涉仪16和控制器17。其中，所述相位检测干涉仪16用于：接收所述参考光S3、所述第一测量光S1和所述第二测量光S2；其中，第一测量光S1经反射棱镜24、第九反射镜25、第十反射镜26后进入相位检测干涉仪16；第二测量光S2经反射棱镜24、第十一反射镜27、第十二反射镜28后进入相位检测干涉仪16。所述相位检测干涉仪16还用于使所述参考光S3与所述第一测量光S1发生干涉，获得第一干涉测量信号；使所述参考光S3与所述第二测量光S2发生干涉，获得第二干涉测量信号；将所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号传输至所述控制器17。
所述控制器17用于：接收所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号；基于所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号，获得所述第一测量光S1与所述第二测量光S2之间的所述相位差，并基于所述相位差向所述第二声光调制器3或所述第三声光调制器4反馈所述补偿指令。所述第二声光调制器3或所述第三声光调制器4还用于接收所述补偿指令，基于所述补偿指令消除所述相位差，获得无相位差的两束曝光光束。
为了对第一测量光S1与第二测量光S2之间的相位差进行更加准确地检测，进而获得更加精确的光栅图案，如图3所示，本实施例所述的相位检测干涉仪包括：第一光电探测器18、第二光电探测器19，以及，依次贴合连接的第一透镜20、第二透镜21、第三透镜22和第四透镜23；其中，所述第二透镜21与所述第三透镜22的连接面为第一分光面，所述第一透镜20与所述第二透镜21的连接面为第二分光面，所述第三透镜22与所述第四透镜23的连接面为第三分光面。
如图3所示，所述参考光S3经所述第三透镜22入射至所述第一分光面，形成第一透射光和第一反射光；所述第一测量光S1经所述第一透镜20入射至所述第二分光面，形成第二反射光；所述第一透射光在所述第二分光面与所述第二反射光合束，形成所述第一干涉测量信号；所述第二测量光S2经所述第四透镜23入射至所述第三分光面，形成第三反射光；所述第一反射光在所述第三分光面与所述第三反射光合束，形成所述第二干涉测量信号。
如图3所示，所述第一光电探测器18用于接收所述第一干涉测量信号，并将所述第一干涉测量信号传输至所述控制器17；所述第二光电探测器19用于接收所述第二干涉测量信号，并将所述第二干涉测量信号传输至所述控制器17。
为了更有效地控制各光束在各分光面上的分光比例，本实施例中，所述第一分光面、所述第二分光面和所述第三分光面上均镀有分光膜，确保分光后的光功率能能满足探测器的探测范围。具体地，所述分光膜为波长分光膜。
本实施例中，所述第一透镜20、所述第二透镜21、所述第三透镜22和所述第四透镜23之间均采用光胶依次贴合连接，且所述第一透镜20、所述第二透镜21、所述第三透镜22和所述第四透镜23实现所述贴合连接后，形成矩形的透镜组，如图3所示。
具体地，如图3所示，第一透镜20、第二透镜21、第三透镜22和第四透镜23在贴合连接后，能够形成如图所示的矩形透镜组。为了更有效地进行上述贴合操作，同时使得光路更简洁，第一透镜20和第四透镜23均为三角形，且二者的形状、大小相同；第二透镜21和第三透镜22均为梯形，且二者的形状、大小相同。并且，第一分光面、第二分光面和第三分光面之间相互平行。
为了更有效地使第一测量光S1、第二测量光S2和参考光S3之间发生干涉，进而获得更有效的干涉测量信号，本实施例所述的参考光经所述第三透镜22入射至所述第一分光面，形成第一透射光和第一反射光，包括：所述参考光垂直入射至所述第三透镜22，在所述第三透镜22中传播后到达所述第一分光面，形成所述第一透射光和所述第一反射光。本实施例所述的第一测量光经所述第一透镜20入射至所述第二分光面，形成第二反射光，包括：所述第一测量光垂直入射至所述第一透镜20，在所述第一透镜20中传播后到达所述第二分光面，形成所述第二反射光。本实施例所述的第二测量光经所述第四透镜23入射至所述第三分光面，形成第三反射光，包括：所述第二测量光垂直入射至所述第四透镜23，在所述第四透镜23中传播后到达所述第三分光面，形成所述第三反射光。即在本实施例中，各光束均垂直入射至各透镜表面，以最大程度地保留光信息，从而更有效地获取上述第一干涉测量信号和第二干涉测量信号。
在实际应用中，为了操作的方便性，同时为了进一步有效获取第一干涉测量信号和第二干涉测量信号，所述矩形透镜组按照其各分光面垂直于水平面的角度放置。并且，所述第一光电探测器18位于所述透镜组的一侧，且所述第一光电探测器18位于所述第一干涉测量信号的出射光路上；所述第二光电探测器19位于所述透镜组的另一侧，且所述第二光电探测器19位于所述第二干涉测量信号的出射光路上。
本实施例中，所述基于所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差，包括：
基于所述第一干涉测量信号，获得所述第一干涉测量信号的光强值；其中，所述第一干涉测量信号的光强值采用以下第一表达式表示：
I1＝E1 2+E3 2+2E1E3cos(-2πΔf1t+Δφ1)
基于所述第二干涉测量信号，获得所述第二干涉测量信号的光强值；其中，所述第二干涉测量信号的光强值采用以下第二表达式表示：
I2＝E2 2+E3 2+2E2E3cos(-2πΔf2t+Δφ2)
其中，I1为所述第一干涉测量信号的光强值；I2为所述第二干涉测量信号的光强值；E1为所述第一测量光的电场复振幅；E2为所述第二测量光的电场复振幅；E3为所述参考光的电场复振幅；Δf1为所述第一测量光与所述参考光的频率差；Δf2为所述第二测量光与所述参考光的频率差；Δφ1为所述第一测量光与所述参考光的相位差值；Δφ2为所述第二测量光与所述参考光的相位差值；
对所述第一表达式和所述第二表达式进行解算，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差。
即在本实施例中，控制器17可以采用上述第一表达式和第二表达式来解算出第一测量光S1与第二测量光S2之间的相位差
Figure BDA0003796176880000111
本实施例中，所述基于所述相位差向所述第二声光调制器或所述第三声光调制器反馈所述补偿指令，包括：基于所述相位差，获得声光调制器的频率变化量；将所述频率变化量反馈给所述第二声光调制器或所述第三声光调制器。所述第二声光调制器或所述第三声光调制器还用于接收所述频率变化量，基于所述频率变化量消除所述相位差，获得所述无相位差的两束曝光光束。
以下描述控制器解算出第一测量光与第二测量光之间的相位差，并基于该相位差向光路系统反馈补偿指令的具体原理和实现过程：
第一测量光S1的光矢量矩阵可以表示为：
Figure BDA0003796176880000121
第二测量光S2的光矢量矩阵可以表示为：
Figure BDA0003796176880000122
参考光S3的光矢量矩阵可以表示为：
Figure BDA0003796176880000123
基于上述式(1)、式(2)和式(3)，可以获得所述第一干涉测量信号的光强值和所述第二干涉测量信号的光强值：
Figure BDA0003796176880000124
Figure BDA0003796176880000125
其中，I1为所述第一干涉测量信号的光强值；I2为所述第二干涉测量信号的光强值；E1为所述第一测量光的电场复振幅；E2为所述第二测量光的电场复振幅；E3为所述参考光的电场复振幅；fs1为所述第一测量光的频率；fs2为所述第二测量光的频率；fs3为所述参考光的频率；Δf1为所述第一测量光与所述参考光的频率差fs1-fs3；Δf2为所述第二测量光与所述参考光的频率差fs2-fs3；φs1为所述第一测量光的相位；φs2为所述第二测量光的相位；φs3为所述参考光的相位；Δφ1为所述第一测量光与所述参考光的相位差值；Δφ2为所述第二测量光与所述参考光的相位差值。
控制器通过将上述式(4)和式(5)两个表达式相减，即可解算出两束测量光的相位差，即光束的相位漂移量
Figure BDA0003796176880000126
Figure BDA0003796176880000127
控制器将上述相位漂移量转换为声光调制器的频率变化量，转换关系如下：
Figure BDA0003796176880000128
控制器将上述频率变化量Δf输入至第二声光调制器或第三声光调制器，第二声光调制器或第三声光调制器的附加频率发生变化，将第一测量光和第二测量光的相位差消除，达到条纹锁定的目的。
本发明实施例提供的激光干涉光刻系统，通过光路系统将激光光源分光后形成参考光、第一测量光和第二测量光，相位检测装置基于上述参考光、第一测量光和第二测量光来获得第一测量光与第二测量光之间的相位差，即相位检测装置在检测第一测量光与第二测量光之间的相位差时，考虑了从激光光源分出的另一束参考光，同时由于参考光与第一测量光和第二测量光存在频率差，提高了光束对外界环境变化的抗干扰能力，因此通过解算后可以获得两束测量光更准确的相位差，进而提高了对光束相位差的补偿精度，使最终获得的光栅图案更加准确。可见，本发明实施例提供的技术方案，采用了一种更加精确的相位测量方式，从而能够获得更加精确的光栅图案。
本发明实施例提供的激光干涉光刻系统，基于一种外差干涉测量的方法，可实现对光刻过程中进行实时条纹控制和条纹锁定。且激光干涉光刻系统中的相位测量干涉仪采用集成的设计方式，将多个透镜集成在一起形成透镜组，使得整个系统体积更小、测量精度更高。
本发明实施例中的相位测量干涉仪，具有高速高精度的优点，且光学结构简洁、体积小、抗干扰能力强、激光利用率高，是制造光栅的干涉光刻系统中不可或缺的部件。应用于激光干涉光刻系统中可实现对条纹的高速高精度控制，最终实现干涉光刻系统的整体性能提升。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种激光干涉光刻系统，其特征在于，所述系统包括：激光器、光路系统、相位检测装置和基底；
所述激光器用于生成激光光源；所述激光光源经所述光路系统分光后形成参考光、第一测量光和第二测量光；所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光入射至所述相位检测装置；
所述相位检测装置用于基于所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的相位差，并基于所述相位差向所述光路系统反馈补偿指令；
所述光路系统还用于接收所述补偿指令，基于所述补偿指令消除所述相位差，获得无相位差的两束曝光光束；
所述无相位差的两束曝光光束用于在所述基底上形成预设图案。
2.根据权利要求1所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述光路系统包括：第一声光调制器、第二声光调制器、第三声光调制器、光栅和多个反射镜；
所述激光光源经所述第一声光调制器分出零级衍射光和第一一级衍射光；所述零级衍射光经反射镜转向后，由所述光栅将其分为第一光束和第二光束；所述第一光束经反射镜转向后，由所述第二声光调制器对其进行调制，输出第二一级衍射光作为所述第一测量光；所述第二光束经反射镜转向后，由所述第三声光调制器对其进行调制，输出第三一级衍射光作为所述第二测量光；所述第一一级衍射光经反射镜转向后获得所述参考光。
3.根据权利要求2所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述第一一级衍射光具有所述第一声光调制器赋予的第一附加频率；所述第二一级衍射光具有所述第二声光调制器赋予的第二附加频率；所述第三一级衍射光具有所述第三声光调制器赋予的第三附加频率；所述第一附加频率、所述第二附加频率和所述第三附加频率两两之间均不相同。
4.根据权利要求1所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述系统还包括：分光平板；所述无相位差的两束曝光光束入射至所述分光平板，经所述分光平板分光后入射至所述基底，对所述基底进行曝光，以在所述基底上形成所述预设图案。
5.根据权利要求2所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述相位检测装置包括：相位检测干涉仪和控制器；
所述相位检测干涉仪用于：接收所述参考光、所述第一测量光和所述第二测量光；使所述参考光与所述第一测量光发生干涉，获得第一干涉测量信号；使所述参考光与所述第二测量光发生干涉，获得第二干涉测量信号；将所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号传输至所述控制器；
所述控制器用于：接收所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号；基于所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差，并基于所述相位差向所述第二声光调制器或所述第三声光调制器反馈所述补偿指令；
所述第二声光调制器或所述第三声光调制器还用于接收所述补偿指令，基于所述补偿指令消除所述相位差，获得无相位差的两束曝光光束。
6.根据权利要求5所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述相位检测干涉仪包括：第一光电探测器、第二光电探测器，以及，依次贴合连接的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；其中，所述第二透镜与所述第三透镜的连接面为第一分光面，所述第一透镜与所述第二透镜的连接面为第二分光面，所述第三透镜与所述第四透镜的连接面为第三分光面；
所述参考光经所述第三透镜入射至所述第一分光面，形成第一透射光和第一反射光；所述第一测量光经所述第一透镜入射至所述第二分光面，形成第二反射光；所述第一透射光在所述第二分光面与所述第二反射光合束，形成所述第一干涉测量信号；所述第二测量光经所述第四透镜入射至所述第三分光面，形成第三反射光；所述第一反射光在所述第三分光面与所述第三反射光合束，形成所述第二干涉测量信号；
所述第一光电探测器用于接收所述第一干涉测量信号，并将所述第一干涉测量信号传输至所述控制器；所述第二光电探测器用于接收所述第二干涉测量信号，并将所述第二干涉测量信号传输至所述控制器。
7.根据权利要求6所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述第一分光面、所述第二分光面和所述第三分光面上均镀有分光膜。
8.根据权利要求6所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜之间均采用光胶依次贴合连接，且所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜实现所述贴合连接后，形成矩形的透镜组。
9.根据权利要求8所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述参考光经所述第三透镜入射至所述第一分光面，形成第一透射光和第一反射光，包括：
所述参考光垂直入射至所述第三透镜，在所述第三透镜中传播后到达所述第一分光面，形成所述第一透射光和所述第一反射光；
所述第一测量光经所述第一透镜入射至所述第二分光面，形成第二反射光，包括：
所述第一测量光垂直入射至所述第一透镜，在所述第一透镜中传播后到达所述第二分光面，形成所述第二反射光；
所述第二测量光经所述第四透镜入射至所述第三分光面，形成第三反射光，包括：
所述第二测量光垂直入射至所述第四透镜，在所述第四透镜中传播后到达所述第三分光面，形成所述第三反射光；
所述第一光电探测器位于所述透镜组的一侧，且所述第一光电探测器位于所述第一干涉测量信号的出射光路上；所述第二光电探测器位于所述透镜组的另一侧，且所述第二光电探测器位于所述第二干涉测量信号的出射光路上。
10.根据权利要求5所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述基于所述第一干涉测量信号和所述第二干涉测量信号，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差，包括：
基于所述第一干涉测量信号，获得所述第一干涉测量信号的光强值；其中，所述第一干涉测量信号的光强值采用以下第一表达式表示：
I1＝E1 2+E3 2+2E1E3cos(-2πΔf1t+Δφ1)
基于所述第二干涉测量信号，获得所述第二干涉测量信号的光强值；其中，所述第二干涉测量信号的光强值采用以下第二表达式表示：
I2＝E2 2+E3 2+2E2E3cos(-2πΔf2t+Δφ2)
其中，I1为所述第一干涉测量信号的光强值；I2为所述第二干涉测量信号的光强值；E1为所述第一测量光的电场复振幅；E2为所述第二测量光的电场复振幅；E3为所述参考光的电场复振幅；Δf1为所述第一测量光与所述参考光的频率差；Δf2为所述第二测量光与所述参考光的频率差；Δφ1为所述第一测量光与所述参考光的相位差值；Δφ2为所述第二测量光与所述参考光的相位差值；
对所述第一表达式和所述第二表达式进行解算，获得所述第一测量光与所述第二测量光之间的所述相位差。
11.根据权利要求10所述的激光干涉光刻系统，其特征在于，所述基于所述相位差向所述第二声光调制器或所述第三声光调制器反馈所述补偿指令，包括：
基于所述相位差，获得声光调制器的频率变化量；
将所述频率变化量反馈给所述第二声光调制器或所述第三声光调制器；
所述第二声光调制器或所述第三声光调制器还用于接收所述频率变化量，基于所述频率变化量消除所述相位差，获得所述无相位差的两束曝光光束。
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