CN117369222B - 一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法 - Google Patents

一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法。本发明极紫外物镜装调全息图的制备系统通过光纤阵列结构的设计可以实现高通量，同一时间由于光纤阵列中有多根光纤，所以通量是常规刻写的多倍。本发明通过光纤阵列的设计，可以实现高通量刻写，提高刻写效率，同时能够生产出亚波长纳米结构的大面积计算全息片（CGH），进一步降低了计算全息片的特征线宽，线宽可以达到nm级别，采用亚波长纳米结构的大面积计算全息片，解决了现有极紫外光刻物镜系统中，非球面面形高精度检测需求。

Description

一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法
技术领域
本发明属于光学元件微纳加工技术领域，具体涉及一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法。
背景技术
极紫外光刻物镜是极紫外光刻机的关键部件之一，极紫外光刻物镜中的光学元件面形高精度检测是其中的关键问题。
为了解决极紫外光刻物镜系统中的非球面面形检测问题，研究人员提出了基于计算全息的高精度零位干涉测量方法。区别于传统的球面零位干涉原理，这种基于计算全息的高精度零位干涉测量方法根据非球面的表面梯度分布，设计了计算全息片（CGH）作为相位补偿器件，用于弥补非球面的相位偏差，从而实现高精度的非球面面形检测，以及拓展到光学系统装调。
现有加工分为电子束直写和激光直写；电子束精度高，可加工0.5μm以下的器具，但造价高昂，极不方便；激光直写精度在μm量级，但优点是成本低、写入速度快、操作简单、工作环境要求低。
现有的激光直写加工工艺使得环线型计算全息片（CGH）的特征线宽停留在微米量级，同时依赖多台阶的刻蚀加工，大大限制了计算全息图的精度进一步提高，从而影响了极紫外光刻物镜系统的成像分辨率，进而限制了极紫外光刻机进入更高精度的芯片加工阶段。极紫外光刻物镜光学元件面形检测精度低，是限制极紫外光刻机投入生产使用阶段的重要因素之一。
比如，文献（赵龙波等, 用于非球面检验的激光直写高精度计算全息图制作, 激光与光电子学进展, 2014, 51 (11): 110902）中公开了：为实现高精度非球面的面形误差检测，对激光直写计算全息图(CGH)的关键技术进行研究，以获得最小线宽偏差为目的，制作最小线宽1.8μm。
再比如，文献（Chan K F, Feng Z, Yang R, et al. High-resolution masklesslithography [J]. Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS, Vol. 2,Issue 4, October 2003）中使用DMD激光直写，制作最小线宽为1.5μm。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法，可以实现高通量刻写，提高刻写效率，同时能够生产出亚波长纳米结构的大面积计算全息片（CGH），进一步降低了计算全息片的特征线宽，采用亚波长纳米结构的大面积计算全息片，解决了现有极紫外光刻物镜系统中，非球面面形高精度检测需求。
本发明首先提供了一种极紫外物镜装调全息图的制备系统，包括刻写子系统和成像照明子系统，所述刻写子系统包括激光器和光纤阵列，所述光纤阵列包括若干根成阵列排列的光纤，
所述激光器包括多个，各激光器与所述光纤阵列中的光纤一一对应，通过控制激光器的开关强弱来实现当前需要有光出射的光纤出射激光强弱，
所述刻写子系统还包括沿光路从上游到下游布置的第一物镜、场镜、第一二向色镜、第二物镜和工作台组件，所述工作台组件包括用于放置待加工基板、可在三个维度方向上移动的工作台、可在XY方向0~5°任意调节的偏摆台。
优选的，所述光纤阵列中，各光纤的出射端排列成两行，每行包括多根，各光纤的光照射到所述工作台上时形成的光斑阵列也为两行，每行包括多个，所述工作台还能垂直所述光斑阵列中每行的延伸方向进行倾斜偏摆以调节各光纤的出射激光照射在待加工基板上时形成的两行光斑之间的间距。比如，做成2行，每行40~50根光纤。
更优选的，各光纤一端与激光器耦合作为入射端，另一端集束固定在一起作为出射端，各光纤的出射端组成所述光纤阵列的出射面。
通道间距可调具有以下几方面的作用：
（1）图案质量：通道间距的调整可以优化图案的清晰度和边缘锐利度，从而提高图案的质量。
（2）曝光均匀性：在光刻过程中，光线需要均匀地照射到整个曝光区域，以确保图案的一致性和准确性。通过调整通道间距，可以优化光线的分布和均匀性，减少曝光不均匀带来的图案偏差和不一致性。
（3）刻蚀选择性：在后续的刻蚀过程中，需要保证光刻图案的选择性，即只刻蚀目标材料而不损伤其他区域。通过调整通道间距，可以优化刻蚀气体的分布和流动，提高刻蚀选择性，从而实现更精确的刻蚀控制。
（4）生产灵活性：不同的应用和需求可能需要不同的通道间距，通过调整通道间距，可以适应不同的光刻要求和工艺参数。这样可以提高光刻系统的适用性和灵活性，满足不同客户的需求。
优选的，所述第一物镜用于将光纤阵列中各光纤出射的发散光调制为准直光；
所述场镜用于对准直后的调制激光进行调制，包括沿光路从上游到下游布置的第一场镜和第二场镜，第一场镜与第二场镜光轴保持一致且距离为焦距的两倍；
所述第一二向色镜位于第二场镜的下游，且与第二场镜中心保持一致而角度成45°角；
所述第二物镜中心与第一二向色镜保持一致；
所述工作台组件还包括驱动工作台在三个维度方向上移动的三维移动机构。
更优选的，所述第二物镜的倍数为第一物镜倍数的20倍，所述第一物镜为5~10倍物镜，所述第二物镜为100~200倍物镜；
所述第一物镜与第一场镜之间的光路上还设有用于将激光进行转向的反射镜。反射镜包括第一反射镜和第二反射镜。
激光器发出的光经光纤阵列传送入光路，在被第一物镜调制后由发散光变为准直光；第一反射镜和第二反射镜将准直光反射入第一场镜，随后第一场镜与第二场镜对准直后的所述调制激光进行调制，在延长光路的同时可将此部分视为4F系统；第一二向色镜将所述调制激光在光纤阵列不同出射点下均可完整覆盖所述第二物镜的入瞳并充满整个入瞳面保证能量尽量没有损耗；第二物镜使得所述调制激光聚焦在工作台组件上的刻写面。
整个光路系统为了容纳更多的通量，来实现更高速的加工，同时为了提高系统的稳定性和加工质量，并实现更高的分辨率和精度。可以采用三个4F系统，其中第一物镜与第一场镜、第一场镜与第二场镜、第二场镜与第二物镜分别构成了结构严密、排列整齐的4F系统。这就使得从光纤阵列中排列紧密的激光点源经先经过第一物镜与第一场镜组成的4F系统共轭至第一场镜与第二场镜的中心处位置，再经过第二场镜与第二物镜组成的4F系统共轭至工作台组件从而进行加工。
刻写子系统中光纤阵列出射端、第一场镜与第二场镜中心、工作台组件上的刻写面，三者两两共轭，保持非常精密的物象关系；第一物镜、第一场镜、第二场镜与第二物镜，任意两者之间的距离严格等于两者焦距之和。
工作台组件中工作台包括调倾台、XY轴位移台和Z轴位移台，工作台上放置待刻写的基板，光刻胶被均匀覆盖在基板的刻写面上，第二物镜可直接浸入光刻胶在光刻胶与基板的交界处进行刻写，调倾台保证刻写面始终位于水平状态，XY轴位移台与Z轴位移台协同工作以控制基板与光刻胶的移动，实现任意三维微纳结构的加工。
优选的，所述成像照明子系统包括LED光源、透镜、工业相机、第二二向色镜和第三场镜，
所述LED光源发光经所述透镜、第二二向色镜和第三场镜后再通过第一二向色镜和第二物镜形成临界照明对放置于工作台组件上的基板进行照明，
所述工业相机用于对照明后的基板进行成像。
样品聚合过程中产生的荧光信号经样品透射通过第二物镜与第三场镜进行收集，进而入射到第二二向色镜上最后在工业相机上成像。
光刻胶的折射率与第二物镜所匹配的镜油折射率相同，第二物镜可直接浸入光刻胶在光刻胶与基板的交界处进行刻写，提高加工分辨率。
本发明又提供了一种极紫外物镜装调全息图的制备方法，使用所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：在基板表面涂抹双吸收胶后，放置在工作台上；
步骤2：根据所需刻写极紫外物镜装调全息图的图案进行刻写，刻写时根据所述光纤阵列的大小对基板表面进行分区先后刻写，每个区域刻写时，根据所需刻写极紫外物镜装调全息图在该区域中的图案来确定激光器与光纤相对移动和/或开关强弱，从而刻写出该区域的图案。
优选的，分区时，每个区域的宽度对应所需刻写极紫外物镜装调全息图上2μm~0.1mm。这个范围内可以满足大部分CGH的设计目标。
优选的，步骤2中，将设计好的所需刻写极紫外物镜装调全息图的GDS文件输入到控制系统，经图形解析软件进行解析，解析成按所需刻写极紫外物镜装调全息图上区域进行划分的数据文件，数据文件包括每一次刻写时激光器与光纤相对移动和/或开关强弱的指令以及工作台移动的指令，由控制系统根据指令来控制刻写的进行。
优选的，所述基板上图案刻写完成后，进行显影、清洗形成光刻胶图形，然后以光刻胶为掩膜进行刻蚀，刻蚀完成后去除残留的光刻胶，完成所述极紫外物镜装调全息图的制备。刻蚀时，以光刻胶为掩膜进行干法刻蚀，其中刻蚀气体为三氟甲烷（CHF）和氧气的混合气体；刻蚀后再次使用丙酮去除表面残留的光刻胶，此时，已经完成位相型计算全息图的加工；之后使用金属掩膜对主衍射区域进行遮挡镀反射膜，最终形成所需要的极紫外物镜装调全息图。
基板常用的可以是蓝宝石玻璃、石英、普通的玻璃、硅基板等。优选的，所述基板为蓝宝石玻璃基板；所述双吸收胶中光引发剂为苯偶酰（Benzil），质量百分比为1.7wt%；自由基猝灭剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯（bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl-1-oxyl) sebacate，BTPOS），质量百分比为2.1wt%；余量为作为单体的季戊四醇三丙烯酸酯（pentaerythritol triacrylate，PETA）。在使用蓝宝石玻璃作为基板的情况下，使用上述配方的双吸收胶能够获得更理想的刻写效果，刻写质量更好，并且进一步降低线宽。
本发明极紫外物镜装调全息图的制备系统通过刻写子系统中激光器和光纤阵列的设置，所述光纤阵列包括若干根成阵列排列的光纤，激光器也包括多个，在刻写时，可以将基板表面进行分区，类似于打印机一样进行一行一行逐区域地刻写，每一块刻写区域的大小根据所述光纤阵列的大小对应进行设置，每次完成一个区域的刻写，每个区域刻写时，根据所需刻写极紫外物镜装调全息图在该区域中的图案来确定激光器与光纤相对移动和/或开关强弱，从而刻写出该区域的图案。光纤阵列结构的设计可以实现高通量，同一时间由于光纤阵列中有多根光纤，所以通量是常规刻写的多倍。
本发明通过光纤阵列的设计，可以实现高通量刻写，提高刻写效率，同时能够生产出亚波长纳米结构的大面积计算全息片（CGH），进一步降低了计算全息片的特征线宽，线宽可以达到nm级别，采用亚波长纳米结构的大面积计算全息片，解决了现有极紫外光刻物镜系统中，非球面面形高精度检测需求。
附图说明
图1为本发明极紫外物镜装调全息图的制备系统的结构示意图。
图2为光纤阵列的组装结构示意图。
图3为光纤阵列出射端的结构示意图。
图4为光纤阵列中光纤的排列示意图。
图5为正常加工与略倾斜加工时激光与位移台的关系示意图。
图6为正常加工与略倾斜加工时通道间距的对比图。
图7为略倾斜加工时的初始示意图。
图8为略倾斜加工时位移台移动导致的离焦示意图。
图9为引入Z轴后保证系统随时正焦的示意图。
图10为保证正焦时表征Z轴的移动量的示意图。
图11为保证正焦时表征XY轴位移台与Z轴位移台移动量的示意图。
图12为表征光束聚焦时物理量的示意图。
图13为本发明的软件系统的流程图。
图14为本发明实施例的极紫外凹面非球面设计面形图。
图15为实施例1制备的计算全息图线宽检测结果图。
图16为使用实施例1方法制备的计算全息图表面刻写细节照片。
图17为使用其他基板过曝的照片，其中A和B分别是两种不同的实验结果。
图18为使用其他基板减小功率后的照片，其中A和B分别是两种不同的实验结果。
附图标记：激光器1，光纤阵列2，光纤21，保护盒22，出射面23，刻写光24，第一物镜3、第一反射镜4，第二反射镜5，第一场镜6，第二场镜7，第一二向色镜8，第二物镜9，工作台组件10，LED光源11，透镜12，工业相机13，第三场镜14，第二二向色镜15。
具体实施方式
如图1所示，一种极紫外物镜装调全息图的制备系统，包括刻写子系统和成像照明子系统，刻写子系统包括激光器1和光纤阵列2，光纤阵列2包括若干根成阵列排列的光纤21。光纤阵列2包括两行光纤21，每行包括多根，比如，做成2行，每行40~50根光纤。如图4所示为其中一种实施方式中光纤阵列2中各光纤21的排列示意图，其中各光纤共排列成2排，各光纤间隔一致。
激光器1包括多个，各激光器1与光纤阵列2中的光纤21一一对应，通过控制激光器1的开关强弱来实现当前需要有光出射的光纤21出射激光强弱，如果对应的光纤21不需要有光出射，则激光器1开关关闭。
刻写子系统还包括沿光路从上游到下游布置的第一物镜3、反射镜、场镜、第一二向色镜8、第二物镜9和工作台组件10。
光纤阵列2中，各光纤21的出射端排列成两行，每行包括多根。如图2和图3所示，各光纤21一端与激光器1耦合作为入射端，光纤的外表可穿套设置保护管等结构，然后另一端集束固定在一起作为出射端，出射端处外部设有保护盒22，各光纤21的出射端组成光纤阵列2的出射面23，出射面23暴露在保护盒22的一侧。图4所示为出射面23放大后的结构示意图。
第一物镜3用于将光纤阵列2中各光纤21出射的发散光调制为准直光。反射镜包括第一反射镜4和第二反射镜5，激光照射到第一反射镜4后反射向第二反射镜5，经第二反射镜5反射后，光路与第一物镜3出来的光路成垂直。
场镜用于对准直后的调制激光进行调制，包括沿光路从上游到下游布置的第一场镜6和第二场镜7，第一场镜6与第二场镜7光轴保持一致且距离为焦距的两倍。
第一二向色镜8位于第二场镜7的下游，且与第二场镜7中心保持一致而角度成45°角。第二物镜9中心与第一二向色镜8保持一致。激光从第二场镜7照射到第一二向色镜8后向下进入到第二物镜9。
工作台组件10包括用于放置待加工基板、可在三个维度方向上移动的工作台。工作台组件10还包括驱动工作台在三个维度方向上移动的三维移动机构。工作台组件10的结构可以使用现有的结构，具体结构此处不再赘述。
第一物镜3和 第二物镜10的放大倍数可以根据实际需要进行选择。比如，在一种实施方式中，第一物镜3为5倍物镜，第二物镜10为100倍物镜。
激光器1发出的光经光纤阵列2传送入光路，在被第一物镜3调制后由发散光变为准直光；第一反射镜4和第二反射镜5将准直光反射入第一场镜6，随后第一场镜6与第二场镜7对准直后的调制激光进行调制，在延长光路的同时可将此部分视为4F系统；第一二向色镜8将调制激光在光纤阵列2不同出射点下均可完整覆盖第二物镜9的入瞳并充满整个入瞳面保证能量尽量没有损耗；第二物镜9使得调制激光聚焦在工作台组件10上的刻写面。
刻写子系统中光纤阵列2出射端、第一场镜6与第二场镜7中心、工作台组件10上的刻写面，三者两两共轭，保持非常精密的物象关系。第一物镜3、第一场镜6、第二场镜6与第二物镜9，任意两者之间的距离严格等于两者焦距之和。
整个光路系统为了容纳更多的通量，来实现更高速的加工，同时为了提高系统的稳定性和加工质量，并实现更高的分辨率和精度。采用三个4F系统，其中第一物镜3与第一场镜6、第一场镜6与第二场镜7、第二场镜7与第二物镜9分别构成了结构严密、排列整齐的4F系统。这就使得从光纤阵列中排列紧密的激光点源经先经过第一物镜3与第一场镜6组成的4F系统共轭至第一场镜6与第二场镜7的中心处位置，再经过第二场镜7与第二物镜9组成的4F系统共轭至工作台组件10从而进行加工。
工作台组件10中工作台包括调倾台、XY轴位移台和Z轴位移台，工作台上放置待刻写的基板，光刻胶被均匀覆盖在基板的刻写面上，第二物镜9可直接浸入光刻胶在光刻胶与基板的交界处进行刻写，调倾台保证刻写面始终位于水平状态，XY轴位移台与Z轴位移台协同工作以控制基板与光刻胶的移动，实现任意三维微纳结构的加工。
成像照明子系统包括LED光源11、透镜12、工业相机13、第二二向色镜15和第三场镜14。LED光源11发光经透镜12、第二二向色镜15和第三场镜14后再通过第一二向色镜8和第二物镜9形成临界照明对放置于工作台组件10上的基板进行照明。工业相机13用于对照明后的基板进行成像，样品聚合过程中产生的荧光信号经样品透射通过第二物镜9与第三场镜14进行收集，进而入射到第二二向色镜15上最后在工业相机13上成像。
光刻胶的折射率与第二物镜9所匹配的镜油折射率相同，第二物镜9可直接浸入光刻胶在光刻胶与基板的交界处进行刻写，提高加工分辨率。
光纤阵列2中各光纤21的出射端排列成两行，每行包括多根，各光纤21的光照射到工作台上时形成的光斑阵列也为两行，每行包括多个，工作台还能垂直光斑阵列中每行的延伸方向进行倾斜偏摆。
通过结合工作台组件10中的偏摆台，可以将工作台组件10中的工作台实现倾斜偏摆，考虑到第二物镜9的数值孔径与焦距、现有的偏摆台的倾斜角度能力，可以在系统的景深范围内得到如图5的工作台组件与到达工作台的聚焦光斑的细节，图中刻写光24汇聚到工作台进行刻写。
将工作台沿着垂直于光纤阵列2的光照射到工作台上时形成的光斑阵列中每行光斑的延伸方向偏摆一定角度，即倾斜位移台，该操作可以改变打在工作台上的光斑半径大小以及两行光斑之间的间距。未倾斜位移台时，光纤阵列2出射的光经过透镜组后汇聚在焦点，形成以焦点为中心的双头圆锥光束，此时焦点正好放在工作台上，打在工作台上的光斑为图6中的A、B两点，光斑之间间距即为线段AB长度LAB，而倾斜位移台后，光纤阵列2出射的光经过透镜组后形成的以焦点为中心的双头圆锥光束打在工作台上形成的光斑不再是之前的A、B两点，而是以A’和B’为中心的椭圆光斑，这两光斑之间的间距是线段A’B’的长度LA’B’，在合理倾斜范围内，比如在5°范围内，得到的光斑中心必然分别在圆锥光束的中心轴线CD和EF上，由于线CD和EF之间最短间距就是AB，所以通过倾斜位移台得到的光斑间距LA’B’= LAB/cos∠α，会不同于AB，即可以根据需求通过倾斜位移台获得不同长度的光斑间距。
整体结构设计要求倾斜位移台时打在工作台上的两光斑大小相同，这样能够获得更理想的刻写效果，刻写质量更好。为了保证倾斜位移台后打在工作台上的两光斑大小相同，如图7所示，使位移台绕着AB的中点O垂直于纸面旋转，由于两束圆锥光束的发散角是相同的，打在工作台上的光斑形状就是相同的。所以，通过把调倾台的中心放置在过AB中点O点，并使得位移台刻写方向与光斑排列方向垂直，就可以使打在工作台上的两光斑大小相同。
刻写过程中涉及刻写光束的移动，但是如果只移动刻写光束而不移动工作台，会导致打在工作台上的两行光斑大小会偏离相同，如图8所示的运动情况。若要保持刻写过程中两光斑大小相同，不仅需要移动刻写光束，还需要移动工作台，如图9中所介绍的，这样才能保持光斑大小不变。为满足这样的要求，需要左右移动刻写光束的速度和上下移动工作台的速度之间满足一定的数学关系，才能保持光斑大小不变。如下图10中所示，若刻写光束的移动速度为V光，则移动刻写光束t时间走过的距离为L光=V光×t，既是线段A’M的长度LA’M。此时需要工作台上移AM距离才能保持光斑大小不变，如图11中所示，这就要求工作台的上移速度满足V工×t = LAM，又知道工作台的倾斜夹角为∠α，则可以得到刻写光束和工作台之间的速度需要满足 V工/V光=tan∠α。若满足此速度条件，即可保证为刻写过程中刻写光束打在位移台上的光斑大小始终保持不变。
根据需要选用芯天明N70.U10E压电偏摆台，该偏摆台的角度范围为±5°，分辨率为0.1μrad，即表示工作台的倾斜角度∠α范围为[0，5°]，可以由此得到刻写光斑间距的范围。初始的光斑间距为线段AB长度LAB，根据系统设置，LAB= 6.3μm，在前面已知倾斜工作台后光斑间距为LA’B’= LAB/cos∠α，代入倾斜角度∠α的范围，可得到光斑间距的范围为[6.3μm，6.324μm]。
对于圆锥光束的顶角大小，由光路结构和透镜已知参数可以得到。已知平行光经过光路结构中最后一块透镜后汇聚在透镜焦点位置，如图12所示。平行光束打在透镜上的光斑直径为，又知最后一块透镜的焦距大小为f，根据图中的几何关系，可以得到，即可得到/>，这样即求出了圆锥光束的顶角大小。
当然，通道间距（光斑间距）的设置也不是随着α的增大而无限接近于0，他也会受到线宽的影响，如果特征线宽为300nm，那我们就要控制两相邻通道的中心间距大于300nm，这样才可以使得结构不会重叠；与此同时，当我们采用液体胶的时候，由于流动性与液体之间的张力以及光斑的瑞利分布（光斑中心能量高，从中心到边缘能量递减）也会产生一些理想设计之外的化学反应，特别的，当我们让通道间距小于最小特征线宽的1.22倍时，两束光斑边缘重叠后能量到达与光刻胶发生反应的阈值，因此会发生聚合效应影响实验精度。所以我们一般将通道间距设计为最小特征线宽的3倍以上，减少不必要的反应。
由于通道间距可调，一方面可以选择减小通道间距，通过减小能量减小光斑大小，再加上本就极限的线宽来刻写更细微的结构，突破衍射极限实现超分辨刻写；另一方面可以增大通道间距，通过增大能量增大光斑大小，再加上并行光纤所能提供的高通量，提高刻写速度，大幅提高刻写效率。此外由于间距可调，也可以解决拼接处的重复刻写的问题，一次刻写发现有重复现象便可以增大间距，减少重复的范围。
本发明一种极紫外物镜装调全息图的制备方法，使用所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：在基板表面涂抹双吸收胶后，放置在工作台上；
步骤2：根据所需刻写极紫外物镜装调全息图的图案进行刻写，刻写时根据所述光纤阵列的大小对基板表面进行分区先后刻写。分区时，每个区域的长宽根据光纤阵列的大小情况设置，比如，每个区域的宽度对应所需刻写极紫外物镜装调全息图上0.1mm。每个区域刻写时，根据所需刻写极紫外物镜装调全息图在该区域中的图案来确定激光器与光纤相对移动和/或开关强弱，从而刻写出该区域的图案。
具体刻写时，将设计好的所需刻写极紫外物镜装调全息图的GDS文件输入到控制系统（比如电脑），经图形解析软件进行解析，解析成按所需刻写极紫外物镜装调全息图上区域进行划分的数据文件，数据文件包括每一次刻写时激光器与光纤相对移动和/或开关强弱的指令以及工作台移动的指令，由控制系统根据指令来控制刻写的进行。
将解析后的文件导入到刻写软件中，软件开始进行初始化，初始化分为两部分，硬件初始化和数据初始化。硬件初始化，包括软件通过以太网连接并使能位移台、通过以太网连接控制激光器开关强弱的AWG任意波形发生器。数据初始化，包括XY方向位移台移动到（0，0）位置，Z方向位移台根据跟焦软件移动到焦点处附近（最佳加工位置），AWG任意波形发生器将各个通道的电压调整至所要求加工线宽所对应的最佳加工电压。初始化之后，点击“刻写”，软件便开始工作。工作时，随着X方向位移台以所要求的速度前进时，位移台在经过需要加工的位置时，会通过软件发出脉冲信号提醒AWG任意波形发生器工作，此时AWG任意波形发生器便会根据长条形文件所包含的激光器开关强弱指令来调整各个激光器输出功率的开关与强弱；在到达边缘时，各个激光器会被全部调整至零输出，以保证加工图案边缘不会受影响。接下来，Y方向移动至下个加工位置，与此同时X方向以规定速度移动至起始位置，开始下一轮加工；如此重复，直至加工完成整个图形。
图形解析软件和刻写软件本身不是本发明的发明点所在，可以使用现有的软件。图13为本发明的软件系统的流程图。
加工完成后，软件对位移台进行去使能与断连接，方便研究人员自行移动位移台取下基板；对AWG任意波形发生器进行断连接，防止激光器输出激光对人体产生危害。
基板上图案刻写完成后，进行显影、清洗形成光刻胶图形，然后以光刻胶为掩膜进行刻蚀，刻蚀完成后去除残留的光刻胶，完成所述极紫外物镜装调全息图的制备。
刻写完成后，取下的基板放入丙酮中进行显影，曝光部分被去除，随后放入异丙醇中进行清洗，之后在基板表面会形成光刻胶图形。
刻蚀时，以光刻胶为掩膜进行干法刻蚀，其中刻蚀气体为三氟甲烷（CHF）和氧气的混合气体；刻蚀后再次使用丙酮去除表面残留的光刻胶，此时，已经完成位相型计算全息图的加工；之后使用金属掩膜对主衍射区域进行遮挡镀反射膜，最终形成所需要的极紫外物镜装调全息图。
基板常用的可以是蓝宝石玻璃、石英、普通的玻璃、硅基板等。优选的，所述基板为蓝宝石玻璃基板；所述双吸收胶中光引发剂为苯偶酰（Benzil），质量百分比为1.7wt%；自由基猝灭剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯（bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl-1-oxyl) sebacate，BTPOS），质量百分比为2.1wt%；余量为作为单体的季戊四醇三丙烯酸酯（pentaerythritol triacrylate，PETA）。在使用蓝宝石玻璃作为基板的情况下，使用上述配方的双吸收胶能够获得更理想的刻写效果，刻写质量更好。
本发明极紫外物镜装调全息图的制备系统通过刻写子系统中激光器和光纤阵列的设置，所述光纤阵列包括若干根成阵列排列的光纤，激光器也包括多个，在刻写时，可以将基板表面进行分区，类似于打印机一样进行一行一行逐区域地刻写，每一块刻写区域的大小根据所述光纤阵列的大小对应进行设置，每次完成一个区域的刻写，每个区域刻写时，根据所需刻写极紫外物镜装调全息图在该区域中的图案来确定激光器与光纤相对移动和/或开关强弱，从而刻写出该区域的图案。光纤阵列结构的设计可以实现高通量，同一时间由于光纤阵列中有多根光纤，所以通量是常规刻写的多倍。
通过本发明方法使用双吸收胶，能够生产出亚波长纳米结构的大面积计算全息片（CGH），进一步降低了计算全息片的特征线宽，线宽可以达到nm级别，采用亚波长纳米结构的大面积计算全息片，解决了现有极紫外光刻物镜系统中，非球面面形高精度检测需求。
实施例1
以制造检测极紫外凹面非球面的计算全息图为例。
被检极紫外凹面非球面的面形特征为：口径40mm，曲率半径-120mm，二次曲面系数-0.8，理想面形形状如图14所示，并加工得到检测上述极紫外凹面非球面的计算全息图。
利用本发明极紫外物镜装调全息图的制备方法，所述极紫外光刻物镜为非球面反射镜，采用本发明极紫外物镜装调全息图的制备系统，光纤阵列中光纤数量100根，排列成两排，激光器的数量也是100个，每个激光器对应一根光纤。
基板采用蓝宝石玻璃基板。双吸收胶中光引发剂为苯偶酰（Benzil），质量百分比为1.7wt%；自由基猝灭剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯（bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl-1-oxyl) sebacate，BTPOS），质量百分比为2.1wt%；余量为作为单体的季戊四醇三丙烯酸酯（pentaerythritol triacrylate，PETA）。
将已设计好的所需刻写检测上述极紫外凹面非球面的计算全息图的GDS文件输入到电脑之后，首先经过图形解析软件进行解析，根据文件的大小及尺寸，按照不同模式可以解析成X方向为所需要加工极紫外物镜装调全息图的长度，Y方向为0.1mm宽度（考虑到光纤阵列中光纤个数×最小加工间距，即100×1μm）的长条形数据文件，长条形数据文件包含了位移台移动的信息和激光器开关的指令。将解析后的文件导入到刻写软件（20）中，软件开始进行初始化，初始化分为两部分，硬件初始化和数据初始化。硬件初始化，包括软件通过以太网连接并使能位移台、通过以太网连接控制激光器开关强弱的AWG任意波形发生器。数据初始化，包括XY方向位移台移动到（0，0）位置，Z方向位移台根据跟焦软件移动到焦点处附近（最佳加工位置），AWG任意波形发生器将100个通道的电压调整至所要求加工线宽所对应的最佳加工电压。初始化之后，点击“刻写”，软件便开始工作。工作时，随着X方向位移台以所要求的速度前进时，位移台在经过需要加工的位置时，会通过软件发出脉冲信号提醒AWG任意波形发生器工作，此时AWG任意波形发生器便会根据长条形文件所包含的激光器开关强弱指令来调整100个激光器输出功率的开关与强弱；在到达边缘时，100个激光器会被全部调整至零输出，以保证加工图案边缘不会受影响。接下来，Y方向移动0.1mm至下个加工位置，与此同时X方向以规定速度移动至起始位置，开始下一轮加工；如此重复，直至加工完成整个图形。
加工完成后，软件对位移台进行去使能与断连接，方便研究人员自行移动位移台取下蓝宝石基板；对AWG任意波形发生器进行断连接，防止激光器输出激光对人体产生危害；取下后的蓝宝石玻璃片放入丙酮中进行显影，曝光部分被去除，随后放入异丙醇中进行清洗，之后在蓝宝石表面会形成光刻胶图形。
以光刻胶为掩膜进行干法刻蚀，其中刻蚀气体为三氟甲烷（CHF）和氧气的混合气体；刻蚀后再次使用丙酮去除表面残留的光刻胶，此时，已经完成位相型计算全息图的加工；之后使用金属掩膜对主衍射区域进行遮挡镀反射膜，最终形成所需要的检测上述极紫外凹面非球面的计算全息图。
对制备的检测上述极紫外凹面非球面的计算全息图进行线宽检测，电镜结果如图15所示，可见线宽可以达到nm级别。
实施例2
使用实施例1方法制备的计算全息图表面刻写细节照片如图16所示。但是使用石英、普通的玻璃、硅基板时，由于光刻胶与基板的黏附性不强，容易刻写失败。如果加大功率则会过曝，如图17所示；如果减小功率则很难依附到基板上，如图18所示。

Claims (9)

1.一种极紫外物镜装调全息图的制备系统，包括刻写子系统和成像照明子系统，其特征在于，所述刻写子系统包括激光器和光纤阵列，所述光纤阵列包括若干根成阵列排列的光纤，
所述激光器包括多个，各激光器与所述光纤阵列中的光纤一一对应，通过控制激光器的开关强弱来实现当前需要有光出射的光纤出射激光开关强弱，
所述刻写子系统还包括沿光路从上游到下游布置的第一物镜、场镜、第一二向色镜、第二物镜和工作台组件，所述工作台组件包括用于放置待加工基板、可在三个维度方向上移动的工作台、可在XY方向0-5°任意调节的偏摆台，
所述光纤阵列中，各光纤的出射端排列成两行，每行包括多根，各光纤的光照射到所述工作台上时形成的光斑阵列也为两行，每行包括多个，所述工作台还能垂直所述光斑阵列中每行的延伸方向进行倾斜偏摆以调节各光纤的出射激光照射在待加工基板上时形成的两行光斑之间的间距。
2.根据权利要求1所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，其特征在于，各光纤一端与激光器耦合作为入射端，另一端集束固定在一起作为出射端，各光纤的出射端组成所述光纤阵列的出射面。
3.根据权利要求1所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，其特征在于，所述第一物镜用于将光纤阵列中各光纤出射的发散光调制为准直光；
所述场镜用于对准直后的调制激光进行调制，包括沿光路从上游到下游布置的第一场镜和第二场镜，第一场镜与第二场镜光轴保持一致且距离为焦距的两倍；
所述第一二向色镜位于第二场镜的下游，且与第二场镜中心保持一致而角度成45°角；
所述第二物镜中心与第一二向色镜保持一致；
所述工作台组件还包括驱动工作台在三个维度方向上移动的三维移动机构。
4.根据权利要求3所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，其特征在于，所述第二物镜的倍数为第一物镜倍数的20倍，所述第一物镜为5~10倍物镜，所述第二物镜为100~200倍物镜；
所述第一物镜与第一场镜之间的光路上还设有用于将激光进行转向的反射镜。
5.根据权利要求1所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，其特征在于，所述成像照明子系统包括LED光源、透镜、工业相机、第二二向色镜和第三场镜，
所述LED光源发光经所述透镜、第二二向色镜和第三场镜后再通过第一二向色镜和第二物镜形成临界照明对放置于工作台组件上的基板进行照明，
所述工业相机用于对照明后的基板进行成像。
6.一种极紫外物镜装调全息图的制备方法，其特征在于，使用权利要求1~5任一所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1：在基板表面涂抹双吸收胶后，放置在工作台上；
步骤2：根据所需刻写极紫外物镜装调全息图的图案进行刻写，刻写时根据所述光纤阵列的大小对基板表面进行分区先后刻写，每个区域刻写时，根据所需刻写极紫外物镜装调全息图在该区域中的图案来确定激光器与光纤相对移动和/或开关强弱，从而刻写出该区域的图案。
7.根据权利要求6所述极紫外物镜装调全息图的制备方法，其特征在于，分区时，每个区域的宽度对应所需刻写极紫外物镜装调全息图上2μm~0.1mm。
8.根据权利要求6所述极紫外物镜装调全息图的制备方法，其特征在于，步骤2中，将设计好的所需刻写极紫外物镜装调全息图的GDS文件输入到控制系统，经图形解析软件进行解析，解析成按所需刻写极紫外物镜装调全息图上区域进行划分的数据文件，数据文件包括每一次刻写时激光器与光纤相对移动和/或开关强弱的指令以及工作台移动的指令，由控制系统根据指令来控制刻写的进行，
所述基板上图案刻写完成后，进行显影、清洗形成光刻胶图形，然后以光刻胶为掩膜进行刻蚀，刻蚀完成后去除残留的光刻胶，完成所述极紫外物镜装调全息图的制备。
9.根据权利要求6所述极紫外物镜装调全息图的制备方法，其特征在于，所述基板为蓝宝石玻璃基板；
所述双吸收胶中光引发剂为苯偶酰，质量百分比为1.7wt%；自由基猝灭剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，质量百分比为2.1wt%；余量为作为单体的季戊四醇三丙烯酸酯。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005283893A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Fuji Photo Film Co Ltd 露光装置の校正方法及び露光装置
JP2007025398A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Fujifilm Corp パターン形成方法
EP4043142A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-17 Valstybinis Moksliniu Tyrimu Institutas Fiziniu Ir Technologijos Mokslu Centras Method for batch processing of 3d objects using laser treatment and a system implementing the method
CN116572533A (zh) * 2023-03-13 2023-08-11 之江实验室 一种基于转镜的三维阵列打印系统的激光直写打印方法及装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005283893A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Fuji Photo Film Co Ltd 露光装置の校正方法及び露光装置
JP2007025398A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Fujifilm Corp パターン形成方法
EP4043142A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-17 Valstybinis Moksliniu Tyrimu Institutas Fiziniu Ir Technologijos Mokslu Centras Method for batch processing of 3d objects using laser treatment and a system implementing the method
CN116572533A (zh) * 2023-03-13 2023-08-11 之江实验室 一种基于转镜的三维阵列打印系统的激光直写打印方法及装置

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