CN117970549A - 一种光栅掩模制备系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光栅掩模制备系统及方法，该系统包括：样品台、激光产生模组以及N个掩模制备模组。激光产生模组用于提供飞秒激光光束。N个掩模制备模组沿待制备光栅宽度扩展方向等间隔排布，相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将掩模制备区域等分为N个子区域，每个掩模制备模组分别将入射的飞秒激光光束调整为制备光束，并作用到目标基底上的相应子区域，被所涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化。在此基础上，通过样品台带动目标基底沿预设轨迹移动，使得每个掩模制备模组的制备光束同时对各自对应的子区域进行扫描，形成光栅掩模图案，从而高效地实现大口径光栅掩模制备。

Description

一种光栅掩模制备系统及方法

技术领域

本发明涉及光学器件制备技术领域，具体而言，涉及一种光栅掩模制备系统及方法。

背景技术

当前光纤激光器正朝着功率提升、小型化、高光束质量、多波段方向快速发展。但由于受到非线性效应，热损伤效应等因素的限制，单纤激光很难实现高光束质量高功率输出，需要通过激光合束来实现激光系统输出功率的提升。光谱合成技术是一种有效的激光合束方法，利用色散元件可以将不同波长的光束在空间进行叠加，这种方法结构简单，系统稳定且易于控制。光栅器件是光谱合成系统中的关键器件，利用光栅器件对不同波长入射光的入射角调制，在一定条件下可以达到多路不同波长入射激光的共孔径合成，实现光谱合成的目的。对于待合束单根激光，其偏振态一般具备TE和TM两种偏振模式，但是目前应用于合束的色散器件一般都只能保证一种偏振态的耦合效率，因此需要针对具备偏振无关特性的合束光栅开展相关研究。

偏振无关合束光栅需要实现对TE和TM两种偏振模式都有高的衍射效率，因而光栅结构的占空比是特殊设计的，而且整个光栅面积内的占空比均匀性要求非常高，这两点对于传统的全息掩模制备方法是有难度的。因而需要发展新的光栅掩模制备方式，基于电子束刻蚀的光栅掩模具有制备精度高的优点，但速度极慢，而且目前能实现的口径是有限的，很难向大尺寸光栅掩模制备扩展。因此必须发展新的一种光栅掩模制备方法，能高效地实现大口径光栅掩模制备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光栅掩模制备系统及方法，能够高效地实现大口径光栅掩模制备。

第一方面，本发明实施例提供了一种光栅掩模制备系统，用于在目标基底上制备光栅掩模，所述目标基底包括预先涂覆有光刻胶的掩模制备区域，所述系统包括：

激光产生模组，用于提供飞秒激光光束；

N个掩模制备模组，N为大于或等于2的整数，所述N个掩模制备模组沿待制备光栅的宽度扩展方向等间隔排布，相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将所述掩模制备区域等分为N个子区域，每个掩模制备模组分别用于将入射的飞秒激光光束调整为制备光束，并作用到所述目标基底上的相应子区域，被所涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化；

样品台，用于装夹所述目标基底，并带动所述目标基底沿预设轨迹移动，使得所述每个掩模制备模组的所述制备光束同时对各自对应的子区域进行掩模制备扫描，以在所述目标基底上形成光栅掩模图案，其中，沿所述待制备光栅宽度扩展方向的扫描步长等于所述待制备光栅周期。进一步地，所述系统还包括与所述N个掩模制备模组一一对应设置的N个位移平台，所述每个掩模制备模组分别安装在对应的位移平台上，每个位移平台用于调整相应掩模制备模组的位置，使得相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍。

进一步地，所述每个掩模制备模组均包括调焦平移台以及安装在调焦平移台上的显微物镜，

所述显微物镜用于对入射的飞秒激光光束进行聚焦处理，得到所述制备光束；

所述调焦平移台用于带动所述显微物镜沿光轴方向移动，以调节所述制备光束的焦斑与所述掩模制备区域上表面之间的相对位置。

进一步地，还包括控制装置，所述样品台以及所述调焦平移台的控制端均与所述控制装置连接，

所述控制装置用于基于目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽，发送调焦控制指令给所述调焦平移台，以控制所述调焦平移台带动所述显微物镜沿光轴方向移动，使得从显微物镜输出的制备光束聚焦到掩模制备区域的光刻胶层；

所述控制装置还用于发送扫描控制指令给所述样品台，以控制所述样品台带动所述目标基底沿所述预设轨迹移动。

进一步地，所述激光产生模组以及所述每个掩模制备模组的光路中均设置有衰减器，所述衰减器与所述控制装置连接，

所述控制装置还用于基于所述目标光栅掩模线宽，发送衰减控制指令给所述衰减器，以配置所述衰减器的衰减比例；

所述衰减器用于按照所述衰减比例对入射的飞秒激光光束进行功率调节，以控制每个掩模制备模组输出的制备光束的功率。

进一步地，所述每个掩模制备模组还包括：图像采集模块，所述图像采集模块用于在所述制备光束对相应子区域进行扫描的过程中，采集每个扫描位置的光刻胶固化图像。

进一步地，所述每个掩模制备模组还包括光调节模块，所述光调节模块设置在所述显微物镜与所述图像采集模块之间，用于从入射的飞秒激光光束中分取预设比例的光束传输到所述显微物镜聚焦形成所述制备光束，以及将所述目标基底反射的观察光透射到所述图像采集模块进行成像。

进一步地，每个掩模制备模组的制备光束的功率相同。

第二方面，本发明实施例提供了一种光栅掩模制备方法，包括：

将目标基底装夹在样品台上，且露出所述目标基底上涂覆有光刻胶的掩模制备区域；

调整N个掩模制备模组的位置，使得所述N个掩模制备模组沿待制备光栅的宽度扩展方向等间隔排布，相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将所述掩模制备区域等分为N个子区域，N为大于或等于2的整数；

开启激光产生模组，为所述N个掩模制备模组提供飞秒激光光束，使得每个掩模制备模组将入射的飞秒激光光束调整为制备光束后作用到相应子区域的目标位置，被所述目标位置处涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化；

通过样品台带动所述目标基底沿预设轨迹移动，使得每个掩模制备模组的所述制备光束同时对各自对应的子区域进行掩模制备扫描，以在所述目标基底上形成光栅掩模图案，其中，沿所述待制备光栅宽度扩展方向的扫描步长等于所述待制备光栅周期。

进一步地，所述每个掩模制备模组均包括调焦平移台以及安装在调焦平移台上的显微物镜，所述激光产生模组以及所述每个掩模制备模组的光路中均设置有衰减器，在开启激光产生模组之前，所述方法还包括：

控制装置基于目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽，发送调焦控制指令给所述调焦平移台，以控制所述调焦平移台带动所述显微物镜沿光轴方向移动，使得从所述显微物镜输出的制备光束聚焦到所述掩模制备区域的光刻胶层；

控制装置基于目标光栅掩模线宽，发送衰减控制指令给所述衰减器，以配置所述衰减器的衰减比例，使得所述衰减器按照所述衰减比例对入射的飞秒激光光束进行功率调节。

本发明实施例提供的光栅掩模制备系统及方法，采用飞秒激光双光子聚合技术，通过设置N个掩模制备模组，并使得N个掩模制备模组沿待制备光栅的宽度扩展方向等间隔排布，且相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将掩模制备区域等分为N个子区域，从而实现并行对每个子区域进行光栅掩模制备。具体制备时，各掩模制备模组将入射的飞秒激光光束分别调整为制备光束作用到相应子区域，被涂覆的光刻胶双光子吸收，进而光刻胶聚合、固化，形成光栅掩模图案。在此基础上，通过样品台带动目标基底沿预设轨迹移动，就可以使得每个掩模制备模组的制备光束同时对各自对应的子区域进行掩模制备扫描，完成整个目标基底的光栅掩模制备，进一步再使用溶剂将没有固化的光刻胶洗去，即可得到光栅掩模。在上述过程中，样品台只需带动目标基底沿待制备光栅的宽度扩展方向移动整个掩模制备区域长度的N分之一行程，就能实现整个掩模制备区域的光栅掩模制备，有利于高效地实现大口径光栅掩模制备。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本说明书实施例中一种示例性光栅掩模制备系统的结构示意图一；

图2为本说明书实施例中一种示例性激光产生模组的结构示意图；

图3为本说明书实施例中一种示例性分区示意图；

图4为本说明书实施例中一种示例性光栅掩模制备系统的结构示意图二；

图5为本说明书实施例中一种示例性光栅掩模的SEM图；

图6为本说明书实施例中一种示例性光栅掩模制备方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。另外，附图中各结构的尺寸并不是光栅掩模制备系统中各结构的真实尺寸，目的在于示意说明本发明内容。

在本说明书实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“耦合”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。两个器件之间耦合，表示由其中一个器件出射的光入射到另一个器件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书实施例提供了一种光栅掩模制备系统，用于在目标基底上制备光栅掩模。例如，目标基底可以是大口径的光栅基底，其表面可以镀多层介质膜。例如，基底材料可以为石英片或其他可以镀多层介质膜的基底材料。

如图1所示，该光栅掩模制备系统包括：样品台110、激光产生模组120以及N个掩模制备模组130。N为大于或等于2的整数，例如，N可以为2、3、4或5等，具体可以根据实际应用场景的需要设置。需要说明的是，图1中示出的两个掩模制备模组130仅为示意，不限定掩模制备模组130的具体数量。

其中，样品台110用于装夹目标基底100，目标基底100包括预先涂覆有光刻胶的掩模制备区域101。具体来讲，样品台110可以包括平移台112以及设置在平移台上的样品夹具111，可以通过样品夹具111装夹目标基底100，然后通过控制平移台112带动装夹的目标基底100移动。例如，平移台112可以是二维高精度平移台，或者，也可以是三维平移台，本实施例对此不做限定。

具体实施时，可以将目标基底100通过样品夹具111装夹在样品台110上，然后在目标基底上需要制备光栅掩模的区域表面涂覆光刻胶，确定掩模制备区域101。

N个掩模制备模组130沿待制备光栅的宽度扩展方向（如图1中的X轴方向）等间隔排布，相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将掩模制备区域101沿待制备光栅的宽度扩展方向等分为N个子区域。其中，预设间距根据实际掩模制备区域101的长度、待制备光栅周期以及掩模制备模组130的具体数量确定。初始状态下，每个掩模制备模组130的制备光束对准各自对应子区域的起始制备位置。也就是说，N个掩模制备模组130与N个子区域一一对应，使得每个掩模制备模组130制备一个子区域的光栅掩模。这样就可以并行完成N个子区域的光栅掩模制备，有效地提高制备效率。

进一步地，如图1所示，为了便于准确定位每个掩模制备模组130的位置，本实施例提供的光栅掩模制备系统还包括：与上述N个掩模制备模组130一一对应设置的N个位移平台140。每个掩模制备模组130分别安装在对应的位移平台140上。每个位移平台140用于调整相应掩模制备模组130的位置，使得相邻两个掩模制备模组130出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍。例如，可以通过位移平台140调整整个掩模制备模组130在图1示出的X方向和Z方向的位置。

这样就可以通过位移平台140调整N个掩模制备模组130之间的距离，对掩模制备区域101沿X轴方向进行N等分，且每个子区域在X轴方向的长度为待制备光栅周期的整数倍，从而实现每个掩模制备模组130制备一个子区域的光栅掩模。例如，位移平台140可以采用压电陶瓷驱动的二维微位移平台140，或者，也可以采用其他适用的精密位移台。

激光产生模组120用于为N个掩模制备模组130提供飞秒激光光束，具体光路可以根据实际应用场景的需要设计。每个掩模制备模组130分别用于将入射的飞秒激光光束调整为制备光束，并作用到目标基底100上的相应子区域，被所涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化。在一种可选的实施方式中，每个掩模制备模组130的制备光束的功率相同，具体功率大小可以根据实际需要调整。

举例来讲，如图2所示，激光产生模组120可以包括飞秒激光器121、扩束镜122、光开关126以及反射镜组（图中未示出）。其中，飞秒激光器121用于产生原始飞秒激光光束，并使得原始飞秒激光光束入射到扩束镜122进行扩束，从扩束镜122输出后依次经光开关126输入到反射镜组，经反射镜组进行光路转折，输入到N个掩模制备模组130，由每个掩模制备模组130中包含的分束器件从中分取预设比例的光束调整为制备光束进行光栅掩模制备。其中，光开关126用于控制激光产生模组120的开闭。光开关126开启时，激光产生模组120可以正常输出飞秒激光光束，光开关126关闭时，激光产生模组120则停止输出飞秒激光光束。

当然，在其他实施例中，也可以将经光开关126输出的飞秒激光光束通过分束器件直接分成N束功率相同的飞秒激光光束，再一一对应输入到N个掩模制备模组130，本实施例对此不做限制。

在一种可选的实施方式中，为了便于调整飞秒激光光束的光功率大小，激光产生模组120的光路中还可以设置有衰减器。例如，在上述示例中，可以在扩束镜122与光开光126之间的光传输路径上设置衰减器123，使得光束从扩束镜122出射后先经过衰减器123再从光开关126输出。

进一步地，为了便于监测飞秒激光光束的光功率大小，激光产生模组120的光路中还可以设置有光功率监测模块，用于监测输入光开关126的激光束的功率大小。作为一种实施方式，光功率监测模块可以设置在衰减器123与光开关126之间的光传输路径上，例如，光功率监测模块可以包括分束镜124和光功率计125，分束镜124设置在衰减器123与光开关126之间的光传输路径上，按照目标比例从要输入到光开关126的激光束中分出一部分光束进入到光功率计125进行功率检测，从而根据检测出的功率值以及上述目标比例即可得到进入光开关126的激光束的功率大小。例如，分束镜124可以是半透半反镜，此时目标比例为1：1。

当然，激光产生模组120也可以采用其他适用的光路设计，例如，也可以设置多个飞秒激光器以及相关光路结构，来为N个掩模制备模组130分别提供相同功率的飞秒激光光束，本实施例对此不做限制。

具体来讲，在初始状态下，每个掩模制备模组130的光轴对准相应子区域的起始制备位置。例如，如图3所示，以N=2为例，将X轴方向上长度为l的掩模制备区域101平均划分为两个子区域，每个子区域的长度为l/2。将两个掩模制备模组130输出的制备光束对准各自对应的子区域的起始制备位置，如图3中的Q1点和Q2点，使得其中一个掩模制备模组130输出的制备光束L11作用到Q1点，另一个掩模制备模组130输出的制备光束L12作用到Q2点。

这样，每个掩模制备模组130就可以将制备光束作用到相应子区域上的目标位置，被该目标位置处涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化。

在此基础上，配合样品台110带动目标基底100沿预设轨迹移动，使得每个掩模制备模组130输出的制备光束同时对相应子区域进行掩模制备扫描，从而在目标基底上形成光栅掩模图案。其中，预设轨迹包括在图1中示出的X轴方向的扫描线路以及在垂直于XZ平面的Y方向（图中未示出）上的扫描线路，沿X轴方向的扫描步长等于待制备光栅周期，以遵循待制备光栅周期制备出的符合要求的光栅掩模。待制备完成后，再使用溶剂将目标基底上没有固化的光刻胶洗去，即完成目标基底上光栅掩模的制备。

例如，假设每个子区域在X轴方向上的长度可以分为M个光栅周期，M为大于或等于2的整数。可以先调整好激光产生模组120输出的飞秒激光光束的功率以及每个掩模制备模组130的位置后，然后，开启激光产生模组120的光束输出，使得每个掩模制备模组130输出的制备光束作用到相应子区域的起始制备位置，并控制样品台110带动目标基底100沿Y轴方向移动，直至形成第一个光栅周期的光栅掩模图案，然后关闭激光产生模组120的光束输出，控制样品台110带动目标基底100沿X轴方向移动一个扫描步长，再开启激光产生模组120的光束输出，重复上述制备过程，形成第二个光栅周期的光栅掩模图案，依次扫描，直至在整个子区域形成M个光栅周期的光栅掩模图案。

可以理解的是，样品台110在带动目标基底100沿预设轨迹移动的过程中，各路制备光束就可以相对于相应子区域实现完全相同地运动，在不同子区域打印形成光栅掩模图案。也就是说，样品台110只需带动目标基底100在X轴方向移动整个掩模制备区域101长度的N分之一行程，就能实现整个掩模制备区域101的光栅掩模制备。并且，样品台110的运动行程减小的情况下，运动平整度能提高，从而位移控制精度能提升，因此，通过本实施例提供的光栅掩模制备系统能实现快速、高质量大口径光栅掩模制备。

在一种可选的实施方式中，如图4所示，每个掩模制备模组130均包括调焦平移台以及安装在调焦平移台上的显微物镜。其中，显微物镜用于对入射的飞秒激光光束进行聚焦处理，得到制备光束。而调焦平移台则用于带动显微物镜沿光轴方向（如图4中所示的Z轴方向）移动，以调节制备光束的焦斑与掩模制备区域101上表面之间的相对位置。需要说明的是，掩模制备区域101的上表面是指靠近显微物镜的一侧表面。

通过调整各掩模制备模组130中的调焦平移台，调整显微物镜与掩模制备区域101上表面之间的间距，即可改变相应显微物镜输出的制备光束的聚焦位置即聚焦光斑与掩模制备区域101上表面之间的相对位置，以精确确定光栅掩模的高度，并影响掩模的线宽。

在一种可选的实施方式中，为了更准确地控制上述样品台110以及调焦平移台，本实施例提供的光栅掩模制备系统还可以包括控制装置（图中未示出）。例如，控制装置可以是个人计算机（Personal Computer，PC）或掌上电脑（Personal Digital Assistant，PDA）等具有上位机功能的设备。

具体实施时，控制装置用于基于目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽，发送调焦控制指令给调焦平移台，以控制调焦平移台带动显微物镜沿光轴方向移动，使得从显微物镜输出的制备光束聚焦到掩模制备区域101的光刻胶层。

例如，可以预先通过多次试验或者是理论计算得到光栅掩模高度、线宽与聚焦位置的对应关系，使用时，在制备准备阶段，在控制装置中输入目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽，然后控制装置基于上述对应关系，确定与目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽对应的聚焦位置，然后根据得到的聚焦位置发送调焦控制指令给调焦平移台，控制调焦平移台带动显微物镜沿光轴方向移动相应行程，使得从显微物镜输出的制备光束聚焦到掩模制备区域101的光刻胶层。

此外，在制备阶段，控制装置还用于发送扫描控制指令给样品台110，以控制样品台110带动目标基底100沿上述预设轨迹移动，以方便控制每个掩模制备模组130的制备光束对相应子区域的掩模制备扫描。例如，控制装置可以先获取待制备光栅周期、制备时间以及掩模制备区域101的每个子区域长度；然后，待制备光栅周期、制备时间以及子区域长度根据确定X轴方向上的扫描步长、每个扫描位置的停留时间以及扫描行程；基于扫描步长、每个扫描位置的停留时间以及扫描行程生成扫描控制指令，并将扫描控制指令发送给样品台110，以控制每个子区域的光栅掩模制备。

进一步地，考虑到光栅掩模线宽还受激光束功率大小影响，为了更准确地控制所制备的光栅掩模线宽即光栅线的宽度，因此需要对掩模制备模组130输出的制备光束的功率大小进行准确控制。在一种可选的实施方式中，除了在激光产生模组120中设置衰减器以外，每个掩模制备模组130的光路中也均设置有衰减器，这些衰减器均与上述控制装置连接。此时，在制备准备阶段，控制装置还用于基于目标光栅掩模线宽，发送衰减控制指令给各衰减器，以配置各衰减器的衰减比例。系统中设置的各级衰减器用于按照所配置的衰减比例对入射的飞秒激光光束进行功率调节，以控制每个掩模制备模组130输出的制备光束的功率。

例如，可以预先通过多次试验或者是理论计算得到目标光栅掩模线宽与各级衰减器衰减比例的对应关系，使用时，在制备准备阶段，控制装置获取到目标光栅掩模线宽后，就可以根据该对应关系确定各级衰减器的衰减比例，从而分别生成相应的衰减控制指令发送给各级衰减器，对各级衰减器的衰减比例进行配置。

这样，各掩模制备模组130输出的制备光束的功率大小可以通过控制装置控制各光路中衰减器的衰减比例进行精确控制，进而精确控制光栅掩模中光栅线的宽度，实现了光栅掩模占空比的精确控制，这是实现高质量合束光栅的关键。

例如，图5中示出了本说明书实施例提供的光栅掩模制备系统制备的一种示例性光栅掩模的SEM（scanning electron microscope，扫描电子显微镜）图像，图5中偏白色的竖线即为所制备的光栅掩模线。从图5中可以看出，通过本说明书实施例提供的光栅掩模制备系统制备出的光栅掩模线平直，且光栅掩模的周期均匀。

例如，可以通过配置衰减比例，使得各掩模制备模组130的制备光束的功率相同，或者，也可以通过配置衰减比例，使得各掩模制备模组130的制备光束功率呈梯度变化，使得每个子区域制备的光栅掩模占空比不同。这样可以根据用户的需要快速在掩模制备区域101的不同子区域制备不同占空比的光栅掩模，如可以用于制备啁啾光栅掩模。

进一步地，为了便于查看制备过程中的光刻胶固化情况，上述每个掩模制备模组130还包括：图像采集模块。图像采集模块用于在掩模制备模组130的制备光束对相应子区域进行扫描的过程中，采集每个扫描位置的光刻胶固化图像。

当然，为了同时实现从激光产生模组120输出的飞秒激光光束中分取一部光束来形成制备光束，以及使得制备位置反射的观察光能够被图像采集模块采集，得到光刻胶固化图像，上述每个掩模制备模组130还可以包括光调节模块，光调节模块设置在显微物镜与图像采集模块之间。一方面，光调节模块可以从入射的飞秒激光光束中分取预设比例的光束传输到显微物镜聚焦形成制备光束。其中，预设比例可以根据实际该双色镜需要分束的数量以及每束光的功率需求设计。

另一方面，光调节模块还可以将目标基底反射的观察光透射到图像采集模块进行成像。例如，光调节模块可以为双色镜。

例如，图像采集模块可以包括滤波片以及光电探测器如电荷耦合器件（Charge-coupled Device，CCD）。目标基底101反射回的光束先经过显微物镜，然后其中的部分可见光波段即上述观察光从双色镜透射，经滤波片后，入射到光电探测器成像，得到光刻胶固化图像。

具体实施时，光电探测器可以与上述控制装置连接，从而将得到光刻胶固化图像发送给控制装置，在控制装置中进行显示，以便用户实时查看掩模制备过程中，制备光束被光刻胶双光子吸收后，光刻胶聚合、固化的情况。

为了更清楚地理解本说明书实施例提供的技术方案，下面以N=2为例，对一种示例性光栅掩模制备系统的工作原理进行说明。

如图4所示，该光栅掩模制备系统具体包括两个掩模制备模组，分别安装在位移平台140A和位移平台140B上。调整位移平台140A和位移平台140B的位置，使得其中一个掩模制备模组输出的制备光束L11定位在目标基底100的光栅起始位置，另一个掩模制备模组输出的制备光束L12定位在整个光栅范围的一半位置，将掩模制备区域101平均分为两个子区域，并使得制备光束L11和制备光束L12之间的间隔精确定位为光栅周期的整数倍，如10倍或20倍等，具体根据实际应用场景确定。

每个掩模制备模组包括显微物镜（如图4中示出的131A和131B）、衰减器（如图4中示出的133A和133B）、双色镜（如图4中示出的134A和134B）、滤波片（如图4中示出的135A和135B）、CCD（如图4中示出的136A和136B）以及调焦平移台（如图4中示出的132A和132B）。预先通过调焦平移台调整好显微物镜与掩模制备区域101上表面之间的距离，从而调整显微物镜的聚焦位置。

具体制备时，飞秒激光器121输出的原始飞秒激光光束依次经两个扩束镜122、衰减器123、半透半反镜、光开关126以及反射镜组（如图4中示出的M1和M2）入射到双色镜134B。并通过光功率计125实时监测入射到光开关126的激光束功率。

入射到双色镜134B的飞秒激光光束L1一部分经双色镜134B反射后，经衰减器133B入射到显微物镜131B，另一部分透过双色镜134B入射到双色镜134A（如图4中示出的飞秒激光光束L2），由双色镜134A反射后，经衰减器133A入射到显微物镜131A。

入射到显微物镜（131A、131B）的光束聚焦形成制备光束（L11、L12）作用到目标基底100相应子区域表面的光刻胶层，被光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合、固化，形成光栅掩模图案。与此同时，目标基底100反射的观察光经显微物镜（131A、131B）、衰减器（133A、133B）后，透过双色镜（134A、134B），经滤波片（135A、135B）进入CCD（136A、136B）成像。然后控制样品台110带动目标基底100沿预设轨迹移动，完成对两个子区域的扫描。由于两路制备光束（L11和L12）同时光刻，当样品台110带动目标基底100沿X轴方向移动完一半长度时即可形成整个目标基底100的光栅掩模图案，有利于快速实现大口径光栅掩模制备。

需要说明的是，具体实施时，可以将上述各级衰减器、光开关、样品台110中的平移台、调焦平移台以及CCD均与PC连接，以通过PC对这些器件进行准确控制。

另外，本说明书实施例还提供了一种光栅掩模制备方法，如图6所示，该方法至少可以包括以下步骤：

步骤S601，将目标基底装夹在样品台上，且露出目标基底上涂覆有光刻胶的掩模制备区域；

步骤S602，调整N个掩模制备模组的位置，使得N个掩模制备模组沿待制备光栅的宽度扩展方向等间隔排布，相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将掩模制备区域等分为N个子区域，N为大于或等于2的整数；

步骤S603，开启激光产生模组，为所述N个掩模制备模组提供飞秒激光光束，使得每个掩模制备模组将入射的飞秒激光光束调整为制备光束后作用到相应子区域的目标位置，被该目标位置处涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化；

步骤S604，通过样品台带动目标基底沿预设轨迹移动，使得每个掩模制备模组的制备光束同时对各自对应的子区域进行掩模制备扫描，以在目标基底上形成光栅掩模图案，其中，沿待制备光栅宽度扩展方向的扫描步长等于待制备光栅周期。

需要说明的是，步骤S601至步骤S604的具体实施过程可以参照上述系统实施例中的相应描述，此处不再赘述。在目标基底上形成光栅掩模图案后，进一步再使用溶剂将没有固化的光刻胶洗去，即可得到光栅掩模。

在一种可选的实施方式中，每个掩模制备模组均包括调焦平移台以及安装在调焦平移台上的显微物镜。此时，在开启激光产生模组之前，上述方法还包括：控制装置基于目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽，发送调焦控制指令给调焦平移台，以控制调焦平移台带动显微物镜沿光轴方向移动，使得从显微物镜输出的制备光束聚焦到掩模制备区域的光刻胶层。具体实施过程可以参照上述系统实施例中的相应描述，此处不再赘述。

在一种可选的实施方式中，激光产生模组以及每个掩模制备模组的光路中均设置有衰减器，此时，在开启激光产生模组之前，上述方法还包括：控制装置基于目标光栅掩模线宽，发送衰减控制指令给衰减器，以配置衰减器的衰减比例，使得衰减器按照衰减比例对入射的飞秒激光光束进行功率调节。具体实施过程可以参照上述系统实施例中的相应描述，此处不再赘述。

需要说明的是，本说明书实施例所提供的光栅掩模制备方法，其实现原理及产生的技术效果和前述系统实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中的相应内容。

综上所述，本说明书实施例提供的光栅掩模制备系统以及方法，采用了双光子聚合方式实现光栅掩模的制备，样品台只需带动目标基底在待制备光栅宽度扩展方向移动整个掩模制备区域长度的N分之一行程，就能实现整个目标基底的光栅掩模制备，有利于高效地实现大口径光栅掩模制备。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光栅掩模制备系统，其特征在于，用于在目标基底上制备光栅掩模，所述目标基底包括预先涂覆有光刻胶的掩模制备区域，所述系统包括：

激光产生模组，用于提供飞秒激光光束；

N个掩模制备模组，N为大于或等于2的整数，所述N个掩模制备模组沿待制备光栅的宽度扩展方向等间隔排布，相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将所述掩模制备区域等分为N个子区域，每个掩模制备模组分别用于将入射的飞秒激光光束调整为制备光束，并作用到所述目标基底上的相应子区域，被所涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化；

样品台，用于装夹所述目标基底，并带动所述目标基底沿预设轨迹移动，使得所述每个掩模制备模组的所述制备光束同时对各自对应的子区域进行掩模制备扫描，以在所述目标基底上形成光栅掩模图案，其中，沿所述待制备光栅宽度扩展方向的扫描步长等于所述待制备光栅周期。

2.根据权利要求1所述的光栅掩模制备系统，其特征在于，所述系统还包括与所述N个掩模制备模组一一对应设置的N个位移平台，所述每个掩模制备模组分别安装在对应的位移平台上，每个位移平台用于调整相应掩模制备模组的位置，使得相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍。

3.根据权利要求1所述的光栅掩模制备系统，其特征在于，所述每个掩模制备模组均包括调焦平移台以及安装在调焦平移台上的显微物镜，

所述显微物镜用于对入射的飞秒激光光束进行聚焦处理，得到所述制备光束；

所述调焦平移台用于带动所述显微物镜沿光轴方向移动，以调节所述制备光束的焦斑与所述掩模制备区域上表面之间的相对位置。

4.根据权利要求3所述的光栅掩模制备系统，其特征在于，还包括控制装置，所述样品台以及所述调焦平移台的控制端均与所述控制装置连接，

所述控制装置用于基于目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽，发送调焦控制指令给所述调焦平移台，以控制所述调焦平移台带动所述显微物镜沿光轴方向移动，使得从显微物镜输出的制备光束聚焦到掩模制备区域的光刻胶层；

所述控制装置还用于发送扫描控制指令给所述样品台，以控制所述样品台带动所述目标基底沿所述预设轨迹移动。

5.根据权利要求4所述的光栅掩模制备系统，其特征在于，

所述激光产生模组以及所述每个掩模制备模组的光路中均设置有衰减器，所述衰减器与所述控制装置连接，

所述控制装置还用于基于所述目标光栅掩模线宽，发送衰减控制指令给所述衰减器，以配置所述衰减器的衰减比例；

所述衰减器用于按照所述衰减比例对入射的飞秒激光光束进行功率调节，以控制每个掩模制备模组输出的制备光束的功率。

6.根据权利要求3所述的光栅掩模制备系统，其特征在于，所述每个掩模制备模组还包括：图像采集模块，所述图像采集模块用于在所述制备光束对相应子区域进行扫描的过程中，采集每个扫描位置的光刻胶固化图像。

7.根据权利要求6所述的光栅掩模制备系统，其特征在于，所述每个掩模制备模组还包括光调节模块，所述光调节模块设置在所述显微物镜与所述图像采集模块之间，用于从入射的飞秒激光光束中分取预设比例的光束传输到所述显微物镜聚焦形成所述制备光束，以及将所述目标基底反射的观察光透射到所述图像采集模块进行成像。

8.根据权利要求1所述的光栅掩模制备系统，其特征在于，每个掩模制备模组的制备光束的功率相同。

9.一种光栅掩模制备方法，其特征在于，包括：

将目标基底装夹在样品台上，且露出所述目标基底上涂覆有光刻胶的掩模制备区域；

调整N个掩模制备模组的位置，使得所述N个掩模制备模组沿待制备光栅的宽度扩展方向等间隔排布，相邻两个掩模制备模组出射的制备光束之间的间距为待制备光栅周期的整数倍，以将所述掩模制备区域等分为N个子区域，N为大于或等于2的整数；

开启激光产生模组，为所述N个掩模制备模组提供飞秒激光光束，使得每个掩模制备模组将入射的飞秒激光光束调整为制备光束后作用到相应子区域的目标位置，被所述目标位置处涂覆的光刻胶双光子吸收，使得光刻胶聚合并固化；

通过样品台带动所述目标基底沿预设轨迹移动，使得每个掩模制备模组的所述制备光束同时对各自对应的子区域进行掩模制备扫描，以在所述目标基底上形成光栅掩模图案，其中，沿所述待制备光栅宽度扩展方向的扫描步长等于所述待制备光栅周期。

10.根据权利要求9所述的光栅掩模制备方法，其特征在于，所述每个掩模制备模组均包括调焦平移台以及安装在调焦平移台上的显微物镜，所述激光产生模组以及所述每个掩模制备模组的光路中均设置有衰减器，在开启激光产生模组之前，所述方法还包括：

控制装置基于目标光栅掩模高度以及目标光栅掩模线宽，发送调焦控制指令给所述调焦平移台，以控制所述调焦平移台带动所述显微物镜沿光轴方向移动，使得从所述显微物镜输出的制备光束聚焦到所述掩模制备区域的光刻胶层；

控制装置基于目标光栅掩模线宽，发送衰减控制指令给所述衰减器，以配置所述衰减器的衰减比例，使得所述衰减器按照所述衰减比例对入射的飞秒激光光束进行功率调节。