CN219872110U - 光刻系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光刻系统，包括：可移动的运动台、投影光刻系统、干涉光刻系统以及控制器。投影光刻系统包括第一投影物镜，干涉光刻系统包括第二投影物镜以及第三投影物镜。控制器与投影光刻系统、干涉光刻系统以及运动台电连接。通过设置可移动的运动台承载基片，并在控制器的控制下带动基片移动，使得投影光刻系统以及干涉光刻系统能够在基片上的多个区域进行曝光，通过投影光刻系统和干涉光刻系统叠加曝光，即可在基片指定区域内光刻衍射波导结构，而基片指定区域外不存在衍射波导结构，提高了光波导制造的精度。

Description

光刻系统

技术领域

本申请涉及光学设备领域，具体而言，涉及一种光刻系统。

背景技术

衍射光波导是增强现实(AugmentedReality，AR)设备光学组合器的主流方案。AR设备中仅需在镜片部分区域(耦入区、耦出区等)制备衍射光栅纳米结构，而其余镜片区域无需制备衍射光栅纳米结构。高效高精度的图案化光波导制造系统对AR设备研发与产业化具有重要意义。

现有干涉曝光叠加无掩模投影曝光的图案化方法中一次性曝光全幅面光波导。在曝光大幅面光波导时，受限于无掩模投影器件的投影像素分辨率，所制造光波导的图案边缘出现严重的像素化锯齿，直接影响所制造光波导的制造精度与外观。此外，一次性曝光大幅面光波导的技术方案对干涉光刻系统光束质量与大口径光学器件带来了巨大挑战。

实用新型内容

本申请实施方式提出了一种光刻系统，以改善上述技术问题。

本申请实施方式通过以下技术方案来实现上述目的。

本申请实施例提供一种光刻系统，包括：可移动的运动台、投影光刻系统、干涉光刻系统以及控制器。可移动的运动台用于承载基片，并带动所述基片移动。投影光刻系统包括第一投影物镜，用于对所述基片曝光，以在所述基片上形成图案化曝光场。干涉光刻系统包括第二投影物镜以及第三投影物镜，所述第二投影物镜以及所述第三投影物镜用于对所述基片的同一区域曝光，以在所述基片上形成干涉曝光场。所述控制器与所述投影光刻系统、所述干涉光刻系统以及所述运动台电连接。

在一种实施方式中，所述投影光刻系统在所述运动台上对应的曝光区域与所述干涉光刻系统在所述运动台上对应的曝光区域重合。

在一种实施方式中，所述投影光刻系统和所述干涉光刻系统被配置为同时对所述基片的同一区域进行曝光。

在一种实施方式中，所述干涉光刻系统还包括：第四投影物镜，所述第二投影物镜、所述第三投影物镜以及所述第四投影物镜用于对所述基片的同一区域曝光，以在所述基片上形成干涉曝光场。

在一种实施方式中，所述投影光刻系统和所述干涉光刻系统被配置为时序地对所述基片的同一区域进行曝光。

在一种实施方式中，所述第一投影物镜具有可调的投影倍数。

在一种实施方式中，所述第一投影物镜具有可调的焦距。

在一种实施方式中，所述运动台被配置为可沿第一方向和/或第二方向移动，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

在一种实施方式中，所述投影光刻系统包括图像光生成系统，所述图像光生成系统选自掩模、光罩、空间光调制器、相位光调制器、光阑光栅以及液晶显示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)阵列中的任一种。

在一种实施方式中，所述干涉光刻系统还包括干涉条纹相位锁定系统。

本申请实施例提供的光刻系统，通过设置可移动的运动台承载基片，并在控制器的控制下带动基片移动，使得投影光刻系统以及干涉光刻系统能够在基片上的多个区域进行曝光，通过投影光刻系统和干涉光刻系统叠加曝光，即可在基片指定区域内光刻衍射波导结构，而基片指定区域外不存在衍射波导结构，提高了光波导制造的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1为本申请实施例提供的一种光刻系统的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种光刻系统的结构框图。

图3为本申请实施例提供的一种光刻系统的曝光示意图。

图4为图3中A处的一种曝光原理图。

图5为图3中B处的一种曝光原理图。

图6为本申请实施例提供的一种光刻系统中的运动台的一种运动轨迹示意图。

图7为本申请实施例提供的一种光刻系统中的曝光场串联拼接的示意图。

图8为本申请实施例提供的一种光刻系统中的曝光场并联拼接的示意图。

图9为图3中A处的另一种曝光原理图。

图10为本申请实施例提供的一种光刻系统中的运动台的另一种运动轨迹示意图。

图11为本申请实施例提供的一种光刻系统的另一种结构示意图。

附图标记：光刻系统1、运动台10、投影光刻系统20、第一投影物镜210、图像光生成系统220、干涉光刻系统30、第二投影物镜310、第三投影物镜320、第四投影物镜330、干涉条纹相位锁定系统340、条纹周期调控系统350、曝光场大小调控系统360、控制器40、基片2、待曝光区域3、当前曝光区域4、已曝光区域5。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请同时参阅图1以及图2，本申请提供一种光刻系统1，包括：可移动的运动台10、投影光刻系统20、干涉光刻系统30以及控制器40。

可移动的运动台10用于承载基片2，并带动基片2移动。在一些实施方式中，运动台10可以被配置为可沿第一方向和/或第二方向移动，第一方向和第二方向相互垂直，以达到运动台10能够承载基片2在平面内运动。

投影光刻系统20包括第一投影物镜210，第一投影物镜210用于对基片2曝光，以在基片2上形成图案化曝光场。需要说明的是，在本实施例中，图案化曝光场的位置、大小、分布情况等可以根据实际情况进行设置，也就是说，图案化曝光场可以为基片2上的全部区域，也可以为基片2上的部分区域。后续以图案化曝光场为基片2上的部分区域为例进行阐述。

在一些实施方式中，第一投影物镜210具有可调的投影倍数，例如可以在1-10倍之间调节，具体的可以调节为放大2倍或缩小1倍等，在此不做限制，以实现对不同规格的基片2进行投影曝光，提高了该光刻系统1的适用性。

此外，第一投影物镜210还具有可调的焦距_，例如可以在70mm-200mm之间调节，以实现对不同规格的基片2进行曝光处理，使得第一投影物镜210对基片2上指定区域曝光时更加精准，提高了该光刻系统1的精度。

在一些实施方式中，投影光刻系统20还可以包括：图像光生成系统220，以生成图像光，图像光生成系统220可以选自掩模、光罩、空间光调制器、相位光调制器、光阑光栅以及LCD阵列中的任一种。图像光生成系统220可以由不透明的遮光薄膜在基板2上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到基片2上。

干涉光刻系统30包括第二投影物镜310以及第三投影物镜320，第二投影物镜310以及第三投影物镜320用于对基片2的同一区域曝光，以在基片2上形成干涉曝光场。可以理解的是，干涉曝光场也可以是基片2上的部分区域或全部区域，后续以干涉曝光场为基片2上的部分区域为例进行阐述。可以理解的是，第二投影物镜310以及第三投影物镜320同样可以具有可调的投影倍数以及可调的焦距，在此不做赘述。

在一些实施方式中，干涉光刻系统30还可以包括：干涉条纹相位锁定系统340，以补偿环境扰动导致的干涉条纹相位漂移并补偿运动台10运动误差。

进一步，干涉光刻系统30还可以包括：条纹周期调控系统350和曝光场大小调控系统360，以调整干涉曝光条纹周期与干涉曝光场的大小。

控制器40与投影光刻系统20、干涉光刻系统30以及运动台10电连接。控制器40可以用于控制投影光刻系统20和干涉光刻系统30对基片2进行投影曝光，并且控制器40还可以用于控制运动台10移动。

本申请实施例提供的光刻系统1，通过设置可移动的运动台10承载基片2，并在控制器40的控制下带动基片2移动，使得投影光刻系统20以及干涉光刻系统30能够在基片2上的多个指定区域进行曝光，通过投影光刻系统20和干涉光刻系统30叠加曝光，即可在基片2指定区域内光刻衍射波导结构，而基片2指定区域外不存在衍射波导结构，提高了光波导制造的精度。

在一些实施方式中，投影光刻系统20在运动台10上对应的曝光区域与干涉光刻系统30在运动台10上对应的曝光区域重合，也就是说第一投影物镜210、第二投影物镜310以及第三投影物镜320均朝向基片2上的同一区域，以便于提高光波导制造的精度。

进一步的，投影光刻系统20和干涉光刻系统30可以被配置为同时对基片2的同一区域进行曝光，以提高光波导制造的速度，同时还可以利用图案化曝光场补偿干涉曝光场的不均匀光强分布。

在本申请实施例中，干涉光刻系统30利用双光束干涉产生干涉曝光场，投影光刻系统20产生像素级光强调控的图案化曝光场，运动台10用于承载基片2运动，以曝光基片2上不同的区域，控制器40可以结合所需制造的光波导结构，解算并控制运动台10轨迹与运动参数、基片2各区域的干涉光刻系统30参数与曝光时长、基片2各区域的投影曝光灰度值图案与曝光时长。

该光刻系统1的工作原理如下：

结合待曝光区域3的光波导图案与光栅结构，控制器40解算运动台10轨迹与运动参数、基片2各区域的干涉光刻系统30参数与曝光时长、基片2各区域的投影曝光灰度值图案与曝光时长。运动台10承载基片2在第一方向与第二方向构成的平面内运动，控制器40结合基片2位置控制干涉光刻系统30与投影光刻系统20曝光当前曝光区域4，直至整个光波导的所有待曝光区域3曝光完成。

示例性的，请参阅图3，假设基片2上仅圆形图案区域A和矩形图案区域B内需曝光光栅结构，其余区域不存在光栅结构。本实施例中区域A尺寸、区域B尺寸、干涉曝光场尺寸、图案化曝光场尺寸相等。本实施例中所用记录材料为正性光刻胶，假定该光刻胶曝光阈值为1.5。

可以理解的是，投影光刻系统20与干涉光刻系统30发出的光，通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的基片2曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，从而使光罩上得图形复印到薄片上。请同时参阅图4，当本实施例光刻系统1曝光区域A时，区域A的干涉曝光场归一化剂量分布如图4中的(a)所示，明暗条纹呈周期性分布。干涉曝光场中曝光剂量最大值与最小值分别为1和0。区域A的图案化曝光场归一化剂量分布如图4中的(b)所示，处于基片2圆形图案内部与外部的投影像素剂量分别为1和0。叠加干涉光刻场剂量与图案化曝光场剂量，干涉光刻系统30与投影光刻系统20在区域A的总曝光剂量分布如图4中的(c)所示。显影后的区域A的光刻图案如图4中的(d)所示。图4中的(d)中颜色代表光刻胶厚度。白色区域光刻胶厚度最小，黑色区域光刻胶厚度最大。可以看出，由于波导图案外部区域的总曝光剂量小于光刻胶曝光阈值，波导图案外部区域未产生光栅结构。本实施例中光刻系统1仅在区域A中处于基片2圆形图案区域内部的区域光刻光栅图案，满足图案化光波导制造需求。

请同时参阅图5，同理，当本实施例光刻系统1曝光区域B时，图5中的(a)、(b)、(c)、(d)展示了基片2曝光区域B的曝光场剂量分布与相应的显影图案。可以看出，双光束干涉产生的周期性条纹状光强分布结合光刻胶曝光特性使得显影后微纳光学结构为一维光栅，图案化曝光场的图案化光强分布使得显影后仅光波导图案内部区域存在光栅结构。曝光区域B的干涉曝光场与图案化曝光场的叠加剂量经显影后得到图案化光栅。可以看出，曝光区域B中仅处于基片2圆形图案和矩形图案区域内部的区域有光栅图案。

示例性的，请参阅图6，图6示出了一种运动台的运动轨迹图，在本实施例中，控制器(图未示)可以用于控制运动台(图未示)按照图示中的轨迹进行运动，从而曝光基片2上的所有待曝光区域3，需要说明的是，本申请实施例不对运动台的运动轨迹进行限制。

在本实施例中，可以采用步进拼接或扫描拼接的方式制造大幅面图案化光波导。

请同时参阅图7，当两曝光场采用串联拼接(拼接方向与光栅矢量同向)时，两曝光区域的接缝距离与光栅周期某整数倍之差的绝对值小于0.4倍光栅周期，以提高两曝光区域的接缝重合程度。

请同时参阅图8，当两曝光场采用并联拼接(拼接方向与光栅矢量垂直)时，两曝光区域接缝距离小于1倍光栅周期，以提高两曝光区域的接缝重合程度。

请同时参阅图3以及图9，在另一种实施方式中，投影光刻系统20在图案化外部区域的曝光总剂量大于等于光刻记录材料完全反应的剂量，从而使得图案化外部区域无法形成光栅结构。本实施方式中所用记录材料为正性光刻胶，假定该光刻胶曝光阈值为1.5。

图9示出了基片上区域A的曝光场剂量分布与相应的显影图案。图9中的(a)示出了双光束干涉曝光场的周期性条纹状曝光剂量分布。干涉曝光场中曝光剂量最大值与最小值分别为2和0。图9中的(b)示出了区域A的图案化曝光场曝光剂量分布。与上一实施方式中区域42的图案化曝光场剂量分布(如图4中的(b))不同，本实施方式中图案化曝光场中处于基片的圆形图案内部与外部的投影像素曝光剂量分别为2和0。因此，图案化曝光场曝光剂量使得区域A中处于基片圆形图案外部的记录材料全部曝光。图9中的(c)示出了干涉光刻系统与投影光刻系统在区域A的总曝光剂量分布。处于基片圆形图案外部的区域总曝光剂量均大于记录材料曝光阈值，显影后该区域光刻胶被去除。处于基片圆形区域内部的区域总曝光剂量呈周期性条纹状分布，最大值与最小值分别为2和0。因此，如图9中的(d)所示，区域A显影后仅在处于基片圆形图案区域内部的区域存在光刻光栅图案，满足图案化光波导制造需求。

请参阅图10，在本实施方式中，可以采用拼接式光栅制造方案。基片2被划分为若干个待曝光区域3。当前曝光区域4曝光完成后，关闭光刻系统1光源或采用光阑遮挡曝光光束，运动台(图未示)承载基片2运动，使得下一待曝光区域3与光刻系统1对准，重新开启光刻系统1光源或移动遮挡曝光光束的光阑，光刻系统1曝光该待曝光区域3。以此类推，光刻系统1曝光与运动台10运动交替运行，依次曝光待曝光区域3，使之成为已曝光区域5，直至曝光基片2上所有待曝光区域3。对于两个存在光栅拼接关系的曝光区域，本实施方式中两曝光区域之间的距离允差与上一实施方式中曝光区域之间的距离允差相同。

本申请实施例提供的光刻系统1利用干涉光刻系统30产生与光波导衍射光栅结构对应的光强分布，利用投影光刻系统20产生与光波导宏观图案对应的光强分布，利用干涉光刻曝光场与投影光刻曝光场的曝光剂量叠加效应，结合光刻胶曝光剂量阈值，实现图案化光波导结构制造。

此外，该光刻系统1利用运动台10承载基片2，将基片2上的待曝光区域3带动至当前曝光区域4，在基片2指定区域内光刻衍射波导结构，而基片2指定区域外不存在衍射波导结构，从而实现全幅面光波导结构制造，并提高了光波导制造的精度。

请同时参阅图11以及图2，图11示出了本申请实施例提供的一种光刻系统1的另一种结构示意图，在本实施例中，干涉光刻系统30除包括第二投影物镜310、第三投影物镜320以外，还包括第四投影物镜330。第二投影物镜310、第三投影物镜320以及第四投影物镜330用于对基片2的同一区域曝光，以在基片2上形成干涉曝光场。相较于前一个实施例，本实施例中多设置了一个投影物镜，以形成干涉曝光场，有利于提高干涉曝光场的形成效率。

在本实施例中，干涉曝光场与图案化曝光场大小不一致且不重合。本实施例的工作原理如下：

首先，仅开启干涉光刻系统30，运动台10承载基片2运动以曝光基片2不同区域。当待曝光区域3全部经过干涉光刻系统30曝光后，关闭干涉光刻系统30。

其次，仅开启投影光刻系统20，运动台10承载基片2运动以曝光基片2表面不同区域，直至投影曝光调制后的基片2曝光剂量满足光波导图案化要求。

在本实施例中干涉光刻系统30与投影光刻系统20分步曝光，投影曝光时运动台10运动轨迹不受光栅图案拼接限制。因此，投影光刻时运动台10可沿自由轨迹运动，从而实现更精细化的光波导图案边缘。

进一步的，本实施例中图案化曝光场尺寸小于干涉曝光场尺寸。在有限的投影曝光像素数量下，更小的图案化曝光场意味着更高的投影分辨率，从而得到更精细化的光波导图案边缘。

术语“一些实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本申请中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光刻系统，其特征在于，包括：

可移动的运动台，用于承载基片，并带动所述基片移动；

投影光刻系统，包括第一投影物镜，用于对所述基片曝光，以在所述基片上形成图案化曝光场；

干涉光刻系统，包括第二投影物镜以及第三投影物镜，所述第二投影物镜以及所述第三投影物镜用于对所述基片的同一区域曝光，以在所述基片上形成干涉曝光场；以及

控制器，所述控制器与所述投影光刻系统、所述干涉光刻系统以及所述运动台电连接。

2.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于，所述投影光刻系统在所述运动台上对应的曝光区域与所述干涉光刻系统在所述运动台上对应的曝光区域重合。

3.根据权利要求2所述的光刻系统，其特征在于，所述投影光刻系统和所述干涉光刻系统被配置为同时对所述基片的同一区域进行曝光。

4.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于，所述干涉光刻系统还包括：第四投影物镜，所述第二投影物镜、所述第三投影物镜以及所述第四投影物镜用于对所述基片的同一区域曝光，以在所述基片上形成干涉曝光场。

5.根据权利要求4所述的光刻系统，其特征在于，所述投影光刻系统和所述干涉光刻系统被配置为时序地对所述基片的同一区域进行曝光。

6.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于，所述第一投影物镜具有可调的投影倍数。

7.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于，所述第一投影物镜具有可调的焦距。

8.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于，所述运动台被配置为可沿第一方向和/或第二方向移动，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

9.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于，所述投影光刻系统包括图像光生成系统，所述图像光生成系统选自掩模、光罩、空间光调制器、相位光调制器、光阑光栅以及LCD阵列中的任一种。

10.根据权利要求1所述的光刻系统，其特征在于，所述干涉光刻系统还包括干涉条纹相位锁定系统。