CN116500872B - 连续旋转曝光系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种连续旋转曝光系统及方法，系统包括：片上集成光子芯片系统；片上集成光子芯片系统包括：位移设备、片上集成高速并行读写头，片上集成高速并行读写头包括多个阵列化单元，所述多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；位移设备用于根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；近场作用像素区内的阵列化单元用于在位移设备进行旋转移动时，根据写入需求和/或读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号，本发明根据位置设备对旋转移动的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，基于旋转的曝光方式从一步曝光到多步曝光，从而提高曝光精度。
Description
技术领域
本发明涉及连续曝光技术领域，尤其涉及一种连续旋转曝光系统及方法。
背景技术
在集成电路产业的发展过程中，光刻技术为推动产业发展起到了重要作用，它将设计的掩模图形无偏差地转移到基片上，是半导体制造技术中最先进复杂的技术之一。芯片的制造过程并非一次曝光就可以完成，而是要经历多次曝光，同时要进行多次对准操作。亦即，每一次曝光都要更换不同的掩模，而掩模与晶圆之间每次都要对准操作。随着光刻掩模版层数增加，成本随之升高，自然也带动了光刻胶、刻蚀等附带工艺材料的成本增加。在当前工艺阶段，光刻掩模已成为各种光刻技术方法中的关键技术，而掩模在整个光刻成本中所占的份额也不断攀升，因此，为降低或规避掩模带来的各种成本，发展不需要昂贵掩模的无掩模光刻技术。但是，目前无掩模光刻技术存在高分辨率和高产量等难以兼顾的问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种连续旋转曝光系统及方法，旨在解决无掩模光刻技术存在高分辨率和高产量等难以兼顾的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种连续旋转曝光系统，所述连续旋转曝光系统包括片上集成光子芯片系统；所述片上集成光子芯片系统包括：位移设备、片上集成高速并行读写头，所述片上集成高速并行读写头包括多个阵列化单元，所述多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；
所述位移设备用于根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；
所述近场作用像素区内的阵列化单元用于在所述位移设备进行旋转移动时，根据所述写入需求和/或所述读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号；
所述距离校准像素区内的阵列化单元用于在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行实时校准。
可选地，所述多个阵列化单元包括第一光天线阵列；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行单次旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行多次连续曝光；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光和多次连续曝光，所述预设组合旋转移动方式包括所述单次旋转移动和所述连续旋转移动。
可选地，所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据预设曝光剂量对所述待测样品的同一像素点进行循环曝光。
可选地，所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据所述预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据所述各像素点组合方式和所述预设曝光剂量对所述待测样品进行曝光。
可选地，所述多个阵列化单元包括第二光天线阵列；
所述距离校准像素区内的第二光天线阵列用于在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行对准和调焦以实现实时校准。
可选地，所述片上集成光子芯片系统还包括：照明设备；
所述照明设备用于根据不同需求的待测样品对相位和偏振态进行调制并确定对应的照明模式。
可选地，所述照明设备在写入模式下的工作波长小于在读取模式下的工作波长。
可选地，所述片上集成光子芯片系统还包括：信号处理系统；
所述信号处理系统用于获取采集并进行调制后的光信号，并根据预设重构算法还原待测样品信息进行质量评估，所述光信号由所述待测样品反射并进行调制的光信号。
可选地，所述片上集成高速并行读写头与所述待测样品之间的距离位于近场作用层和远场作用层之间。
进一步地，为实现上述目的，本发明还提供一种连续旋转曝光方法，应用于上述连续旋转曝光系统，所述连续旋转曝光方法包括：
位移设备根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；
近场作用像素区内的阵列化单元在所述位移设备进行旋转移动时，根据所述写入需求和/或所述读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号；
距离校准像素区内的阵列化单元在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行实时校准。
本发明公开了一种连续曝光系统及方法，系统包括：片上集成光子芯片系统；片上集成光子芯片系统包括：位移设备、片上集成高速并行读写头，所述片上集成高速并行读写头包括多个阵列化单元，所述多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；位移设备用于根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；近场作用像素区内的阵列化单元用于在位移设备进行旋转移动时，根据写入需求和/或读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号；距离校准像素区内的阵列化单元用于在近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对调制信号的投射距离进行实时校准，本发明根据位置设备对旋转移动的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，基于旋转的曝光方式从一步曝光实现多步曝光，从而提高曝光精度，并根据校准像素区进行实时校准，在保持超高分辨率图形转移的基础上，大幅提升直写曝光速度。
附图说明
图1为本发明连续旋转曝光系统第一实施例的片上集成光子学结构的示意图；
图2为本发明连续旋转曝光系统一实施例的极坐标图案信息进行激光直写的控制示意图；
图3为本发明连续旋转曝光系统一实施例的全覆盖曝光装置图；
图4为本发明连续旋转曝光系统一实施例的部分覆盖曝光装置图；
图5为本发明连续旋转曝光系统一实施例的准近场读取写入图案信息的控制示意图；
图6为本发明连续旋转曝光系统一实施例的第一方向曝光写入图；
图7为本发明连续旋转曝光系统一实施例的第二方向曝光写入图；
图8为本发明连续旋转曝光系统一实施例的多步曝光写入图；
图9为本发明连续旋转曝光系统第二实施例的待测样品曝光结构示意图；
图10为本发明连续旋转曝光系统二实施例的中心共轴图；
图11为本发明连续旋转曝光系统二实施例的中心非共轴图；
图12为本发明连续旋转曝光系统二实施例的待写入图案的曝光图；
图13为本发明连续旋转曝光方法第一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
在第一实施例中，所述连续旋转曝光系统包括片上集成光子芯片系统；所述片上集成光子芯片系统包括：位移设备、片上集成高速并行读写头，所述片上集成高速并行读写头包括多个阵列化单元，所述多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；
所述位移设备用于根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动。
需要说明的是，本实施例的位移设备可以是一个旋转盘平台，旋转盘平台作为基片承载平台，并可围绕自身几何中心进行圆周旋转；装置在该平台上的基片随旋转盘一起，相对其几何中心作圆周旋转运动。需有一个片上集成高速并行读写头，对基片表面进行图案写入以及对所写图案信息的读取，该片上集成高速并行读写头位置相对于旋转盘几何中心为静止状态，或作一个/多个方向的线性运动。
为了便于理解，参照图1进行说明，图1为片上集成光子学结构的示意图，图中读写头分为两个像素区，一个是近场作用像素区，另一个是距离校准像素区，近场作用像素区是第一光天线阵列所在像素区。片上集成高速并行读写头的两个像素区可由任何可实现该功能的光学元件组成阵列，包括但不限于折射光学元件（如微透镜）、衍射光学元件（Diffractive optical element, DOE）、平面波导光天线元件、垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL）、边缘发射激光器（Edge emittinglaser, EEL）、边耦合光电二极管（Edge-coupled photodiode, ECPD）等，可由单一种类元件（如平面光天线阵列）或多种元件类型组成（如VCSEL-面PD组合、EEL-ECPD组合等）。片上集成高速并行读写头置于晶圆的上方，对晶圆进行图案写入以及对所写图案信息的读取，该读写头位置相对于旋转盘几何中心为静止状态，或作一个/多个方向的线性运动。
可以理解的是，位移设备承载旋转式基片根据写入需求和/或读取需求在旋转的过程中进行写入和/或读取。
需要说明的是，本实施例之所以设置位移设备进行旋转扫描，是为了通过采用旋转扫描方式，实现高速扫描，将一步曝光变为稳定的连续多步曝光，有效减少或避免跨写场拼接错误。
需要说明的是，传统扫描的待写入图案进行的空间分布属于笛卡尔坐标系，然而，本实施例将基片置于旋转平台，以旋转式扫描方式进行曝光。因此，为了更好的适应旋转式扫描方式需要对待写入图案进行极坐标化处理，即通过半径和角度表示待写入图案的坐标，从而方便扫描中的位置、速度和加速度等伺服控制。
需要说明的是，片上控制器根据极坐标化处理后图案信息确定投射辐射控制参数，投射辐射控制参数可以是控制第一光天线阵列每次投射那部分辐射量或者每次投射的辐射量是多少等，同时片上控制器还可以控制基片承载平台的旋转速度等。
为了便于理解，参照图2进行说明，图2为极坐标图案信息进行激光直写的控制示意图。图中计算机根据输入的待写入图案信息确定半径R方向和角度方向的速度，同时对待写入图案信息进行极坐标化处理，伺服控制器根据线性编码器和旋转编码器的编码信息、R方向和角度/>方向的速度驱动电机进行线性移动或者旋转移动，同时将当前的R方向和角度/>方向位置发送至片上控制器，片上控制器根据极坐标化处理后图案信息和当前的R方向和角度/>方向位置确定控制策略，在对光源进行调理后根据控制策略进行激光直写。
所述近场作用像素区内的阵列化单元用于在所述位移设备进行旋转移动时，根据所述写入需求和/或所述读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号。
可以理解的是，即可以采用重复曝光模式也可以采用全功率曝光模式以及重复曝光模式和全功率曝光模式对待测样品进行曝光。
需要说明的是，重复曝光模式根据划分的曝光剂量对同一曝光像素点可以是两次及以上的曝光次数，本实施例对同一曝光像素点的重复曝光次数不做任何限制。
需要说明的是，全功率曝光模式可以根据位移设备不同的旋转方式，例如单次旋转和/或多次旋转，对不同的像素点组合进行曝光。
需要说明的是，在扫描轨迹的设计上，可根据不同的需求在片上集成高速并行读写头上设置不同的像素区分布，为了便于理解，参照图3和图4进行说明，图3为全覆盖曝光装置图，图4为部分覆盖曝光装置图，图3和图4的像素覆盖曝光装置均可用于对全功率曝光模式和重复曝光模式。
所述距离校准像素区内的阵列化单元用于在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行实时校准。
进一步地，所述多个阵列化单元包括第二光天线阵列；
所述距离校准像素区内的第二光天线阵列用于在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行对准和调焦以实现实时校准。
需要说明的是，片上集成高速并行读写头还设置有第二光天线阵列，第二光天线阵列设置在距离校准像素区，第二光天线阵列用于测距以协助对准和调焦，从而避免扫描距离过近。
需要说明的是，片上集成高速并行读写头与所述待测样品之间的距离位于近场作用层和远场作用层之间，近场作用层和远场作用层之间为准近场，因为，相比近场模式，准近场模式适配的扫描速度较高。因此，可根据所需写入图案的精度要求，灵活配置片上集成高速并行读写头的工作距离和扫描速度。
为了便于理解，参照图5进行说明，图5为准近场读取写入图案信息的控制示意图，图5中在曝光完成后收集光信号并对收集的光信号进行调理，计算机根据输入的待写入图案信息确定半径R方向和角度方向的速度，伺服控制器根据线性编码器和旋转编码器的编码信息、R方向和角度/>方向的速度驱动电机进行线性移动或者旋转移动，同时将当前的R方向和角度/>方向位置发送至片上控制器，片上控制器根据预设图像重构算法对调整后的光信号和当前的R方向和角度/>方向位置还原待写入图案。
可以理解的是，第二光天线阵列实时校准并进行反馈以使第一光天线整阵列在校准投射距离范围内进行曝光，避免扫描过近降低曝光速度。
进一步地，所述片上集成光子芯片系统还包括：照明设备；
所述照明设备用于根据不同需求的待测样品对相位和偏振态进行调制并确定对应的照明模式。
可以理解的是，对于复杂或精度要求更高的图案，可采用多步灰度照明模式，即在单次照明中，不同像素点采用的照明亮度或功率不同，在进行激光直写前需要对光源进行调理，在多步灰度照明模式中，单次照明的光源可根据图案需求，进行相位和偏振态的调制。
进一步地，所述照明设备在写入模式下的工作波长小于在读取模式下的工作波长。
需要说明的是，近场间距范围可认为不超过工作波长的1/5，准近场间距范围为近场至远场之间的过渡距离，一般可认为工作波长的1/5至3倍波长距离。（注：DVD激光头离盘片距离一般为0.6±0.04mm，物镜NA为0.6）。写入/曝光波长为目标光学胶体光敏响应较高的波长，包括但不限于紫光（中心波长400纳米）和紫外波段（10至380纳米）等，读取/成像波长为目标光学胶体光敏响应较低/或无响应的波长，包括但不限于黄光（中心波长570纳米）、红光（中心波长660纳米）和近红外（780-2526纳米）等。
为了便于理解，参照图6、图7和图8进行说明，图6为第一方向曝光写入图，图7为第二方向曝光写入图，图8为多步曝光写入图，从图6和图7可以看出图案线方向不同表示不同的偏振方向，根据不同需求的待测样品对相位和偏振态进行调制从而提高图案的写入精度，图8是通过的第一方向曝光写入和第二方向曝光写入所结合得到的多步曝光写入图。
进一步地，所述片上集成光子芯片系统还包括：信号处理系统；
所述信号处理系统用于获取采集并进行调制后的光信号，并根据预设重构算法还原待测样品信息进行质量评估，所述光信号由所述待测样品反射并进行调制的光信号。
需要说明的是，近场作用像素区近距离收集来自待测样品表面的光信号，通过调制后反馈给信号处理系统，信号处理系统通过重构算法还原图像信息，用以评估直写曝光质量。
可以理解的是，将还原后待写入图案和曝光前待写入图案进行对比评估曝光质量，从而能进行快速检查和及时反馈。
本实施例包括：片上集成光子芯片系统；片上集成光子芯片系统包括：位移设备、片上集成高速并行读写头，所述片上集成高速并行读写头包括多个阵列化单元，所述多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；位移设备用于根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；近场作用像素区内的阵列化单元用于在位移设备进行旋转移动时，根据写入需求和/或读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号；距离校准像素区内的阵列化单元用于在近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对调制信号的投射距离进行实时校准，本发明根据位置设备对旋转移动的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，基于旋转的曝光方式从一步曝光实现多步曝光，从而提高曝光精度，并根据校准像素区进行实时校准，在保持超高分辨率图形转移的基础上，大幅提升直写曝光速度。
基于上述所示的实施例，提出本发明连续旋转曝光系统的第二实施例。
在第二实施例中，所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行单次旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光。
可以理解的是，多个阵列化单元包括第一光天线阵列，位移设备有不同的旋转移动方式，可以是单次旋转移动、连续旋转移动以及单次旋转移动结合连续旋转移动的方式。
应理解的是，位移设备不同的移动方式对应不同曝光方式，有点像素点组合只需要一次曝光，有的像素点组合需要进行多次曝光。
为了便于理解参照图9进行说明，图9为待测样品曝光结构示意图，图中通过近场像素区的第一光天线阵列单次曝光、多次连续曝光和单次曝光结合多次连续曝光的方式对待测样品进行曝光。
应理解的是，不同的像素点组合对应的曝光参数不同，曝光次数也不同，因此，本实施例对不同像素点组合的曝光方式不做限制。
在具体实现中，在位移设备单次旋转移动的过程中，第一光天线阵列根据调制信号依序对待测样品的不同像素点组合进行曝光。
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行多次连续曝光。
可以理解的是，位移设备在连续移动的过程中，每次旋转移动依序对待测样品的各像素点组合方式进行连续曝光。
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光和多次连续曝光，所述预设组合旋转移动方式包括所述单次旋转移动和所述连续旋转移动。
可以理解的是，预设组合旋转移动方式可以是单次旋转移动和连续旋转移动的组合。
在具体实现中，例如在第一次曝光中，采用单次旋转移动的方式对各像素点组合进行曝光，在之后每次曝光中，每次进行旋转曝光都会对指定像素点组合进行补充曝光。
需要说明的是，在扫描轨迹上可依据不同需求，使用中心共轴或中心非共轴方案，为了便于说明，参照图10和图11进行说明，图10为中心共轴图，图11为中心非共轴图。图10中晶圆的圆心和旋转盘（虚线边缘）圆心共心，采用控制读写头和圆心的距离，可以完成连续曝光，适合大尺寸晶圆。图11中晶圆的圆心和旋转盘（虚线边缘）圆心不共心，采用控制读写头以覆盖晶圆，可以完成连续曝光，适合小尺寸晶圆。
为了便于理解，参照图12进行说明，图12为待写入图案的曝光图。图中可以看出，旋转式基片将目标图案写入到基片上形成写入/曝光图案。
本实施例中所述多个阵列化单元包括第一光天线阵列；所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行单次旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光；所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行多次连续曝光；所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光和多次连续曝光，所述预设组合旋转移动方式包括所述单次旋转移动和所述连续旋转移动。本实施例根据位移设备不同的旋转移动方式，分别对单次旋转移动、多次旋转移动和预设组合旋转移动的方式对待测样品的各像素点组合进行曝光，从而提高图案写入的精度。
基于上述所示的实施例，提出本发明连续旋转曝光系统的第三实施例。
在第三实施例中，所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据预设曝光剂量对所述待测样品的同一像素点进行循环曝光。
需要说明的是，为了防止单次曝光时形成畸变，需要第一次曝光同一像素点，根据对同一像素点曝光的需求对曝光剂量、功率或者偏振等参数进行调制，从而根据调制的曝光剂量分批次进行曝光。
在具体实现中，第一光天线阵列按照调制的曝光参数和投射辐射控制参数将光源投射至同一像素点进行循环曝光，直至目标曝光参数达到预设阈值，完成对所述待写入图案的曝光。
可以理解的是，对多次曝光区域每次采用小的曝光剂量在旋转过程中少量多次进行曝光直至曝光剂量达到阈值时，停止曝光。
本实施例所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据预设曝光剂量对所述待测样品的同一像素点进行循环曝光。本实施例在位移设备连续移动过程中，根据预设曝光剂量对待测样品的同一像素点进行多次循环曝光，从而提高图像的写入精度。
基于上述所示的实施例，提出本发明连续旋转曝光系统的第四实施例。
在第四实施例中，所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据所述预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据所述各像素点组合方式和所述预设曝光剂量对所述待测样品进行曝光。
可以理解的是，本实施例可以结合重复曝光和全功率曝光对待测样品进行曝光。
可以理解的是，根据预设组合移动旋转方式进行单次旋转移动和/或连续移动时对待测样品的各像素点组合进行单次曝光和/或连续曝光，在连续移动时，既可以对各像素点组合进行连续曝光又可以根据划分的曝光剂量对同一像素点进行循环曝光。
需要说明的是，由于不同像素点组合之间有交集部分，因此，在单次曝光中，交集的部分的剂量分解到各个次数中。
本实施例所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据所述预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据所述各像素点组合方式和所述预设曝光剂量对所述待测样品进行曝光。本实施例根据预设组合旋转移动方式对同一像素点根据预设曝光剂量进行曝光并且根据单次曝光、连续曝光和单次曝光结合连续曝光的方式对各像素点组合进行曝光，从而提高选写入的精确度。
参照图13，本发明连续旋转曝光系统提供一种连续旋转曝光方法，图13为本发明连续旋转曝光方法第一实施例的流程示意图，其连续旋转曝光系统包括片上集成光子芯片系统；所述片上集成光子芯片系统包括：位移设备、片上集成高速并行读写头，所述片上集成高速并行读写头包括多个阵列化单元，所述多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；所述连续旋转曝光方法包括：
步骤S10：位移设备根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动。
需要说明的是，本实施例的位移设备可以是一个旋转盘平台，旋转盘平台作为基片承载平台，并可围绕自身几何中心进行圆周旋转；装置在该平台上的基片随旋转盘一起，相对其几何中心作圆周旋转运动。需有一个片上集成高速并行读写头，对基片表面进行图案写入以及对所写图案信息的读取，该读写头位置相对于旋转盘几何中心为静止状态，或作一个/多个方向的线性运动。
为了便于理解，参照图1进行说明，图1为片上集成光子学结构的示意图，图中读写头分为两个像素区，一个是近场作用像素区，另一个是距离校准像素区，近场作用像素区是第一光天线阵列所在像素区。片上集成高速并行读写头的两个像素区可由任何可实现该功能的光学元件组成阵列，包括但不限于折射光学元件（如微透镜）、衍射光学元件（Diffractive optical element, DOE）、平面波导光天线元件、垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL）、边缘发射激光器（Edge emittinglaser, EEL）、边耦合光电二极管（Edge-coupled photodiode, ECPD）等，可由单一种类元件（如平面光天线阵列）或多种元件类型组成（如VCSEL-面PD组合、EEL-ECPD组合等）。片上集成高速并行读写头置于晶圆的上方，对晶圆进行图案写入以及对所写图案信息的读取，该读写头位置相对于旋转盘几何中心为静止状态，或作一个/多个方向的线性运动。
可以理解的是，位移设备承载旋转式基片根据写入需求和/或读取需求在旋转的过程中进行写入和/或读取。
需要说明的是，本实施例之所以设置位移设备进行旋转扫描，是为了通过采用旋转扫描方式，实现高速扫描，将一步曝光变为稳定的连续多步曝光，有效减少或避免跨写场拼接错误。
需要说明的是，传统扫描的待写入图案进行的空间分布属于笛卡尔坐标系，然而，本实施例将基片置于旋转平台，以旋转式扫描方式进行曝光。因此，为了更好的适应旋转式扫描方式需要对待写入图案进行极坐标化处理，即通过半径和角度表示待写入图案的坐标，从而方便扫描中的位置、速度和加速度等伺服控制。
需要说明的是，片上控制器根据极坐标化处理后图案信息确定投射辐射控制参数，投射辐射控制参数可以是控制第一光天线阵列每次投射那部分辐射量或者每次投射的辐射量是多少等，同时片上控制器还可以控制基片承载平台的旋转速度等。
为了便于理解，参照图2进行说明，图2为极坐标图案信息进行激光直写的控制示意图。图中计算机根据输入的待写入图案信息确定半径R方向和角度方向的速度，同时对待写入图案信息进行极坐标化处理，伺服控制器根据线性编码器和旋转编码器的编码信息、R方向和角度/>方向的速度驱动电机进行线性移动或者旋转移动，同时将当前的R方向和角度/>方向位置发送至片上控制器，片上控制器根据极坐标化处理后图案信息和当前的R方向和角度/>方向位置确定控制策略，在对光源进行调理后根据控制策略进行激光直写。
步骤S20：近场作用像素区内的阵列化单元在所述位移设备进行旋转移动时，根据所述写入需求和/或所述读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号。
可以理解的是，即可以采用重复曝光模式也可以采用全功率曝光模式以及重复曝光模式和全功率曝光模式对待测样品进行曝光，
需要说明的是，重复曝光模式根据划分的曝光剂量对同一曝光像素点可以是两次及以上的曝光次数，本实施例对同一曝光像素点的重复曝光次数不做任何限制。
需要说明的是，全功率曝光模式可以根据位移设备不同的旋转方式，例如单次旋转和/或多次旋转，对不同的像素点组合进行曝光。
需要说明的是，在扫描轨迹的设计上，可根据不同的需求在片上集成高速并行读写头上设置不同的像素区分布，为了便于理解，参照图3和图4进行说明，图3为全覆盖曝光装置图，图4为部分覆盖曝光装置图，图3和图4的像素覆盖曝光装置均可用于对全功率曝光模式和重复曝光模式。
步骤S30：距离校准像素区内的阵列化单元在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行实时校准。
进一步地，所述步骤S30还可包括：
所述距离校准像素区内的第二光天线阵列在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行对准和调焦以实现实时校准。
需要说明的是，片上集成高速并行读写头还设置有第二光天线阵列，第二光天线阵列设置在距离校准像素区，第二光天线阵列用于测距以协助对准和调焦，从而避免扫描距离过近。
需要说明的是，片上集成高速并行读写头与所述待测样品之间的距离位于近场作用层和远场作用层之间，近场作用层和远场作用层之间为准近场，因为，相比近场模式，准近场模式适配的扫描速度较高，而适配的扫描速度较高。因此，可根据所需写入图案的精度要求，灵活配置片上集成高速并行读写头的工作距离和扫描速度。
为了便于理解，参照图5进行说明，图5为准近场读取写入图案信息的控制示意图，图5中在曝光完成后收集光信号并对收集的光信号进行调理，计算机根据输入的待写入图案信息确定半径R方向和角度方向的速度，伺服控制器根据线性编码器和旋转编码器的编码信息、R方向和角度/>方向的速度驱动电机进行线性移动或者旋转移动，同时将当前的R方向和角度/>方向位置发送至片上控制器，片上控制器根据预设图像重构算法对调整后的光信号和当前的R方向和角度/>方向位置还原待写入图案。
可以理解的是，第二光天线阵列实时校准并进行反馈以使第一光天线整阵列在校准投射距离范围内进行曝光，避免扫描过近降低曝光速度。
进一步地，所述步骤S30还可包括；
照明设备根据不同需求的待测样品对相位和偏振态进行调制并确定对应的照明模式。
可以理解的是，对于复杂或精度要求更高的图案，可采用多步灰度照明模式，即在单次照明中，不同像素点采用的照明亮度或功率不同，在进行激光直写前需要对光源进行调理，在多步灰度照明模式中，单次照明的光源可根据图案需求，进行相位和偏振态的调制。
进一步地，所述照明设备在写入模式下的工作波长小于在读取模式下的工作波长。
需要说明的是，近场间距范围可认为不超过工作波长的1/5，准近场间距范围为近场至远场之间的过渡距离，一般可认为工作波长的1/5至3倍波长距离。（注：DVD激光头离盘片距离一般为0.6±0.04mm，物镜NA为0.6）。写入/曝光波长为目标光学胶体光敏响应较高的波长，包括但不限于紫光（中心波长400纳米）和紫外波段（10至380纳米）等，读取/成像波长为目标光学胶体光敏响应较低/或无响应的波长，包括但不限于黄光（中心波长570纳米）、红光（中心波长660纳米）和近红外（780-2526纳米）等。
为了便于理解，参照图6、图7和图8进行说明，图6为第一方向曝光写入图，图7为第二方向曝光写入图，图8为多步曝光写入图，从图6和图7可以看出图案线方向不同表示不同的偏振方向，根据不同需求的待测样品对相位和偏振态进行调制从而提高图案的写入精度，图8是通过的第一方向曝光写入和第二方向曝光写入所结合得到的多步曝光写入图。
进一步地，所述步骤S30还可包括：
信号处理系统获取采集并进行调制后的光信号，并根据预设重构算法还原待测样品信息进行质量评估，所述光信号由所述待测样品反射并进行调制的光信号。
需要说明的是，近场作用像素区近距离收集来自待测样品表面的光信号，通过调制后反馈给信号处理系统，信号处理系统通过重构算法还原图像信息，用以评估直写曝光质量。
可以理解的是，将还原后待写入图案和曝光前待写入图案进行对比评估曝光质量，从而能进行快速检查和及时反馈。
本实施例位移设备根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；近场作用像素区内的阵列化单元在位移设备进行旋转移动时，根据写入需求和/或读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号；距离校准像素区内的阵列化单元在近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对调制信号的投射距离进行实时校准，本发明根据位置设备对旋转移动的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，基于旋转的曝光方式从一步曝光实现多步曝光，从而提高曝光精度，并根据校准像素区进行实时校准，在保持超高分辨率图形转移的基础上，大幅提升直写曝光速度。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述 实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通 过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如只读存储器镜像（Read Only Memory image，ROM）/随机存取存储器（Random AccessMemory，RAM）、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是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，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种连续旋转曝光系统，其特征在于，所述连续旋转曝光系统包括片上集成光子芯片系统；所述片上集成光子芯片系统包括：位移设备、片上集成高速并行读写头，所述片上集成高速并行读写头包括多个阵列化单元，所述多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区，所述多个阵列化单元包括第一光天线阵列和第二光天线阵列，所述第一光天线阵列位于所述近场作用像素区，所述第二光天线阵列位于所述距离校准像素区；
所述位移设备用于根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；
所述近场作用像素区内的阵列化单元用于在所述位移设备进行旋转移动时，根据所述写入需求和/或所述读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号；
所述距离校准像素区内的阵列化单元用于在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行实时校准；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行单次旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行多次连续曝光；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光和多次连续曝光，所述预设组合旋转移动方式包括所述单次旋转移动和所述连续旋转移动；
所述距离校准像素区内的第二光天线阵列用于在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行对准和调焦以实现实时校准。
2.如权利要求1所述的连续旋转曝光系统，其特征在于，所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据预设曝光剂量对所述待测样品的同一像素点进行循环曝光。
3.如权利要求2所述的连续旋转曝光系统，其特征在于，所述近场作用像素区内的第一光天线阵列还用于在所述位移设备根据所述预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，根据所述各像素点组合方式和所述预设曝光剂量对所述待测样品进行曝光。
4.如权利要求1所述的连续旋转曝光系统，其特征在于，所述片上集成光子芯片系统还包括：照明设备；
所述照明设备用于根据不同需求的待测样品对相位和偏振态进行调制并确定对应的照明模式。
5.如权利要求4所述的连续旋转曝光系统，其特征在于，所述照明设备在写入模式下的工作波长小于在读取模式下的工作波长。
6.如权利要求1至5任一项所述的连续旋转曝光系统，其特征在于，所述片上集成光子芯片系统还包括：信号处理系统；
所述信号处理系统用于获取采集并进行调制后的光信号，并根据预设重构算法还原待测样品信息进行质量评估，所述光信号由所述待测样品反射并进行调制的光信号。
7.如权利要求1至5任一项所述的连续旋转曝光系统，其特征在于，所述片上集成高速并行读写头与所述待测样品之间的距离位于近场作用层和远场作用层之间。
8.一种连续旋转曝光方法，应用于如权利要求1至7中任一项所述的连续旋转曝光系统，其特征在于，所述连续旋转曝光方法包括：
位移设备根据写入需求和/或读取需求进行旋转移动；
近场作用像素区内的阵列化单元在所述位移设备进行旋转移动时，根据所述写入需求和/或所述读取需求将调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品进行重复曝光和/或全功率曝光，和/或读取所述待测样品反射的光信号；
距离校准像素区内的阵列化单元在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行实时校准；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列在所述位移设备进行单次旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列在所述位移设备进行连续旋转移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行多次连续曝光；
所述近场作用像素区内的第一光天线阵列在所述位移设备根据预设组合旋转移动方式进行移动时，根据所述写入需求将所述调制信号投射至位于所述位移设备上的待测样品，对所述待测样品的各像素点组合方式进行单次曝光和多次连续曝光，所述预设组合旋转移动方式包括所述单次旋转移动和所述连续旋转移动；
所述距离校准像素区内的第二光天线阵列用于在所述近场作用像素区进行重复曝光和/或全功率曝光时，对所述调制信号的投射距离进行对准和调焦以实现实时校准。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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