專利名稱：采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法及其光刻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法及其光刻系統(tǒng)，屬于對(duì)產(chǎn)生周期性圖形陣列的激光干涉光刻系統(tǒng)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
一般的激光干涉光刻系統(tǒng)由波長為λ激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、棱鏡分束器或變密度盤分束器，或半反半透分束器和抗蝕劑基片等組成，也可采用手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)抗蝕劑基片。文獻(xiàn)Saleem H.Zhidi et.al.，Interferometriclithography exposure tool for 180nm structures，SPIE Proc.Vol.3048，1997248-254和A.Femandez et.al.，Use of interference lithography to patternarrays of submicron resist structures for field emission flat panel displays，J.Vac.Sci.Technol.B15(3)，1997729-735中介紹了激光干涉光刻技術(shù)。但文獻(xiàn)中只論及雙光束和多光束干涉產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)周期圖形陣列的方法和給出簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。對(duì)干涉光刻系統(tǒng)的組成未做詳細(xì)論述。采用傳統(tǒng)的棱鏡、變密度盤、半反半透鏡等型式的分束器體積大而重，對(duì)產(chǎn)生不同周期圖形的適應(yīng)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法及其光刻系統(tǒng)，并輔之以可調(diào)光闌和光衰減器，用于減小系統(tǒng)體積和重量，抗雜光干擾，調(diào)節(jié)光束強(qiáng)度，提高信噪比和對(duì)比度，產(chǎn)生更好質(zhì)量的圖形，提高曝光效率。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法，其特征在于采用全息光學(xué)元件作為光束振幅分割元件將入射其上的激光束分成強(qiáng)度近似相等且分開角度的兩光束，經(jīng)反射使它們相交，在相交重疊區(qū)對(duì)抗蝕劑基片進(jìn)行曝光產(chǎn)生高分辨光柵，形成微細(xì)干涉圖形。
采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于包括波長為λ激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、定時(shí)快門、可變密度中性濾光片、全息光學(xué)元件、全反射鏡、基片，激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器、定時(shí)快門、可變密度濾光片照射到全息光學(xué)元件上，全息光學(xué)元件將入射激光束分束，然后分別由全反射鏡反射，呈夾角相交于抗蝕劑基片上產(chǎn)生干涉完成一次曝光。
上述的全息光學(xué)元件為產(chǎn)生三光束、或四光束、或五光束的全息光學(xué)元件，或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖、或衍射光學(xué)元件；全息光學(xué)元件后加入孔徑和孔距可調(diào)的光闌，它能讓產(chǎn)生干涉的光束通過，擋住不需要的全息光學(xué)元件產(chǎn)生的其它衍射光和散射等背景雜光；在由全息光學(xué)元件分開的兩光束中，分別加入光衰減器，以適當(dāng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)，使兩光束強(qiáng)度相等，提高干涉圖形對(duì)比度。
本發(fā)明和現(xiàn)有系統(tǒng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)(1)由于采用全息光學(xué)元件作為激光干涉光刻系統(tǒng)的分束器，不但使系統(tǒng)體積小、重量輕，而且由于全息光學(xué)元件制作容易，制作方便，可降低系統(tǒng)費(fèi)用和增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)生不同周期圖形陣列的適應(yīng)性。
(2)本發(fā)明采用尺寸可變、孔距可調(diào)的可調(diào)光闌濾掉不需要的衍射光和背景雜光，可大大提高信噪比，有利于提高對(duì)比度。
(3)本發(fā)明采用在兩光束中各置一個(gè)衰減器，有利于方便調(diào)節(jié)相干光束的強(qiáng)度相等，可提高產(chǎn)生的干涉圖形對(duì)比度和改善圖形質(zhì)量。
(4)本發(fā)明采用電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可快速精確而方便地改變多曝光之間的角度，有利于提高系統(tǒng)的曝光效率。


圖1為本發(fā)明的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻系統(tǒng)示意圖。
圖2為本發(fā)明采用的全息光學(xué)元件的一種制作方法示意圖，其中圖2(a)為記錄全息光學(xué)元件示意圖；圖2(b)為再現(xiàn)全息光學(xué)元件產(chǎn)生具有一定夾角的±1級(jí)光束示意圖。
圖3本發(fā)明采用的電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理示意圖，其中圖3(a)為仰視圖，圖3(b)為主視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括激光器1、擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、定時(shí)快門3、可變密度濾光片4、全息光學(xué)元件5、全反射鏡6、可調(diào)光闌7、光衰減器8、基片及其夾持器9、電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)10及控制電源11。激光器1發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、定時(shí)快門3、可變密度濾光片4之后入射到全息光學(xué)元件5上，經(jīng)全息光學(xué)元件5衍射之后產(chǎn)生的光束(+1)和(-1)透過可調(diào)光闌7，經(jīng)全反射鏡6和光衰減器8之后以夾角θ相交并重迭在抗蝕劑基片9，對(duì)基片9上涂覆的光致抗蝕劑進(jìn)行曝光，曝光之后經(jīng)過顯影、烘烤等處理，便得到一維光柵圖形。當(dāng)?shù)谝淮纹毓庵?，未行顯影等處理之前，通過控制電源11控制電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)10，使抗蝕劑基片9轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度β，如90°，進(jìn)行第二次曝光，然后顯影等處理，就得到二維周期圖形陣列，β可為不同值，選擇β值可以得到不同形狀不同周期的周期圖形陣列。在整個(gè)過程中的定時(shí)快門，在啟動(dòng)曝光時(shí)開啟，曝光完畢則自動(dòng)關(guān)閉。
如圖2所示，本發(fā)明采用的全息光學(xué)元件的一種制作方法示意圖中，圖2(a)為記錄全息光學(xué)元件原理圖，圖中R為涂覆在基片S上的光致抗蝕劑(感光材料)，R和S構(gòu)成所謂的全息記錄感光材料板P，記錄時(shí)，首先用平面相干光束a和b交疊產(chǎn)生干涉，由P記錄下a和b的干涉條紋，然后擋掉光束a用光束b和c交疊曝光，在P上記錄下b和c的干涉條紋。兩次曝光后，經(jīng)過顯影等化學(xué)處理，則得到圖2(b)所示的全息光學(xué)元件5，再現(xiàn)時(shí)，將基片S對(duì)著光束z，根據(jù)全息學(xué)原理，則再現(xiàn)出光束+1，0和-1，其中0為直透光，+1和-1為一級(jí)衍射光，本發(fā)明，即用一級(jí)衍射光產(chǎn)生干涉光刻，如圖1所示。
圖3示出本發(fā)明采用的一種電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理示意圖，圖3(a)為仰視圖，圖3(b)為主視圖。該機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)11、蝸桿組件12、蝸輪組件13、真空吸附平臺(tái)14、密封氣管15、真空泵16、抗蝕劑基片9和底座接口17組成。曝光前，將表面涂有光致抗蝕劑(光敏材料)的基片9利用真空泵16和與之相連的密封氣管15緊密吸附固定在真空吸附平臺(tái)14上；第一次曝光完畢后，通過計(jì)算機(jī)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)11，驅(qū)動(dòng)蝸桿12和蝸輪13轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與蝸輪組件13相連的平臺(tái)14轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度β，實(shí)現(xiàn)角度調(diào)整自動(dòng)化，然后進(jìn)行第二次曝光。步進(jìn)電機(jī)11與蝸桿12通過彈性聯(lián)軸器連接，排除空回和加工誤差。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)14的外側(cè)面刻有刻度，可以方便設(shè)置終、始角度。通過底座接口17將電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與底座相連，以便進(jìn)一步調(diào)整基片9的高低和俯仰。
權(quán)利要求
1.采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法，其特征在于采用全息光學(xué)元件作為光束振幅分割元件將入射其上的激光束分成強(qiáng)度近似相等且分開角度的兩光束，經(jīng)反射使它們相交，在相交重疊區(qū)對(duì)抗蝕劑基片進(jìn)行曝光產(chǎn)生高分辨光柵，形成微細(xì)干涉圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法，其特征在于所述的全息光學(xué)元件為產(chǎn)生三光束、或四光束、或五光束的全息光學(xué)元件，或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖、或衍射光學(xué)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法，其特征在于在所述的全息光學(xué)元件后加入孔徑和孔距可調(diào)的只讓產(chǎn)生干涉的光束通過，能夠擋住不需要的全息光學(xué)元件產(chǎn)生的其它衍射光和散射等背景雜光的光闌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法，其特征在于采用電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制抗蝕劑基片或全息光學(xué)元件的精確轉(zhuǎn)動(dòng)，形成不同角度和多次曝光，以產(chǎn)生不同形狀、不同周期的二維周期圖形網(wǎng)格或陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法，其特征在于在由全息光學(xué)元件分開的兩光束中，分別加入光衰減器，以適當(dāng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)，使兩光束強(qiáng)度相等，提高干涉圖形對(duì)比度。
6.采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于包括波長為λ激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、定時(shí)快門、可變密度中性濾光片、全息光學(xué)元件、全反射鏡、基片，激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器、定時(shí)快門、可變密度濾光片照射到全息光學(xué)元件上，全息光學(xué)元件將入射激光束分束，然后分別由全反射鏡反射，呈夾角相交于抗蝕劑基片上產(chǎn)生干涉完成一次曝光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于在所述的全息光學(xué)元件后加入可調(diào)光闌。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于在所述的全息光學(xué)元件分開的兩束光中分別加入光衰減器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于還包括與抗蝕劑基片相接的電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻系統(tǒng)，其特征在于所述的全息光學(xué)元件為產(chǎn)生三光束、四光束、五光束的全息光學(xué)元件，或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖、或衍射光學(xué)元件。
全文摘要
采用全息光學(xué)元件的激光干涉光刻方法，其特征在于采用全息光學(xué)元件作為光束振幅分割元件將入射其上的激光束分成強(qiáng)度近似相等且分開角度的兩光束，經(jīng)反射使它們相交，在相交重疊區(qū)對(duì)抗蝕劑基片進(jìn)行曝光產(chǎn)生高分辨光柵，形成微細(xì)干涉圖形，全息光學(xué)元件為產(chǎn)生三光束、或四光束、或五光束的全息光學(xué)元件，或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖、或衍射光學(xué)元件，實(shí)現(xiàn)上述方法的激光干涉光刻系統(tǒng)，由波長為λ激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、定時(shí)快門、可變密度中性濾光片、全息光學(xué)元件、可調(diào)光闌、全反射鏡、光衰減器、基片及電控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。本發(fā)明由于全息光學(xué)元件制作容易，重量輕，易于按不同角度要求制作，以適應(yīng)不同需求，費(fèi)用省，對(duì)減小激光干涉光刻系統(tǒng)尺寸、重量和成本具有重要意義和應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1690857SQ200410009038
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者張錦, 馮伯儒 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所