數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多光束干涉光刻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微納加工工藝和技術(shù)是微電子學(xué)、集成光電子學(xué)、微納光子學(xué)研究及相關(guān)器件制作的基礎(chǔ)。電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕等方法是加工亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)的常用方法，但是其加工成本高、效率低，很難滿足于大面積微納結(jié)構(gòu)加工的需求。光學(xué)刻寫方法雖然加工精細(xì)度受光學(xué)衍射極限的限制，但是具有成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，可大面積制備一維、二維的微納結(jié)構(gòu)，在面向光譜探測(cè)、生物傳感、光伏器件以及基因芯片等應(yīng)用的微納器件制備方面具有不可替代的重要價(jià)值。
[0003]實(shí)現(xiàn)光學(xué)刻寫的方法有:掩膜光刻、多光束干涉光刻、基于光場(chǎng)調(diào)控器件的刻寫(如空間光調(diào)制器SLM、數(shù)字微反射鏡設(shè)備DMD)。其中，掩膜光刻需要提前利用電子束刻蝕、聚焦等離子束刻蝕等方法制備掩膜，掩膜制作成本高，且一旦掩膜制備完成后只能刻寫固定的結(jié)構(gòu)，適用于大批量重復(fù)微納結(jié)構(gòu)的制備;傳統(tǒng)的多光束干涉光刻，多采用多個(gè)分束鏡進(jìn)行分束，這樣既要考慮激光的相干長(zhǎng)度，又要考慮各束光的強(qiáng)度以保證干涉條紋的對(duì)比度，光路復(fù)雜、調(diào)整難度大，且易受外界干擾。
[0004]SLM和DMD進(jìn)行的直寫光刻會(huì)更加直觀，可以直接調(diào)制入射光場(chǎng)，使得出射的光場(chǎng)就是我們所需要的光場(chǎng)分布，這種刻寫方式可以靈活地改變刻寫圖案，是一種非常有效的亞波長(zhǎng)微納結(jié)構(gòu)的加工方法。2006年四川大學(xué)GuoXiaowei等人利用DMD的灰度特性進(jìn)行了光刻制作了衍射光柵，其刻寫結(jié)構(gòu)尺寸在微米量級(jí)；2009年蘇州大學(xué)，李建曉等人曾利用DMD進(jìn)行激光直寫的方法刻寫出導(dǎo)光板模版，其刻寫圖案尺寸較大，在百微米量級(jí)?？梢?，由于微型反射鏡之間的間隙衍射等原因的影響，其分辨率難以提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法，實(shí)現(xiàn)該方法的光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并可實(shí)現(xiàn)小尺寸結(jié)構(gòu)的刻寫。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法，包括:
[0008]利用448nm激光器出射激光，其出射的激光經(jīng)過起偏器變成線偏振光，并經(jīng)過空間濾波器進(jìn)行濾波后成為線偏振的平行光，再經(jīng)過反射鏡1反射至數(shù)字微鏡設(shè)備DMD，從DMD出射光變成為與加載在DMD上的圖案一樣形狀的平行光，并射入擴(kuò)束裝置；
[0009]該擴(kuò)束裝置使光束尺寸與多面棱鏡側(cè)面尺寸匹配，再通過反射鏡2入射到多面棱鏡側(cè)面，且每一入射光經(jīng)過多面棱鏡的偏折后出射，通過上下移動(dòng)樣品臺(tái)使從多面棱鏡出射的多路光線干涉疊加在光刻膠上，實(shí)現(xiàn)多光束干涉光刻。
[0010]進(jìn)一步的，所述多面棱鏡為六面棱鏡。
[0011]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，利用DMD更加靈活的光場(chǎng)調(diào)控性能，使之與所設(shè)計(jì)的多面棱鏡匹配，以實(shí)現(xiàn)多光束干涉光刻光路的簡(jiǎn)化和優(yōu)化;相比于傳統(tǒng)的DMD直寫技術(shù)分辨率不高和多光束干涉光刻光路復(fù)雜的缺點(diǎn)，本發(fā)明的方案實(shí)現(xiàn)了多光束干涉光刻光路的簡(jiǎn)化，無需使用大量分束器和反射鏡；同時(shí)，所刻寫結(jié)構(gòu)的特征尺寸遠(yuǎn)小于DMD直寫光刻結(jié)構(gòu)的特征尺寸。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)現(xiàn)數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法的光路示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的六面棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的光束經(jīng)六面棱鏡發(fā)射干涉的示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的DMD上的圖案形狀不意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)際光刻結(jié)構(gòu)的SEM圖案示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例中提供一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法;如圖1所示為實(shí)現(xiàn)該方法的光路結(jié)構(gòu)，圖1中，l-448nm激光器，2-起偏器，3-空間濾波器，4-反射鏡1，5-DMD，6-擴(kuò)束裝置，7-反射鏡2，8-多面棱鏡，9樣品臺(tái)。
[0020]其過程具體如下:
[0021 ]利用448nm激光器出射激光，其出射的激光經(jīng)過起偏器變成線偏振光，并經(jīng)過空間濾波器進(jìn)行濾波后成為線偏振的平行光，再經(jīng)過反射鏡1反射至數(shù)字微鏡設(shè)備DMD，從DMD出射光變成為與加載在DMD上的圖案一樣形狀的平行光，并射入擴(kuò)束裝置；
[0022]該擴(kuò)束裝置使光束尺寸與多面棱鏡側(cè)面尺寸匹配，再通過反射鏡2入射到多面棱鏡側(cè)面，且每一入射光經(jīng)過多面棱鏡的偏折后出射，通過上下移動(dòng)樣品臺(tái)使從多面棱鏡出射的多路光線干涉疊加在光刻膠上，實(shí)現(xiàn)多光束干涉光刻。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中，所述DMD上的圖案以及多面棱鏡側(cè)面數(shù)目、底角大小，可以根據(jù)需求來設(shè)定，從而實(shí)現(xiàn)多樣的多光束干涉光刻。
[0024]舉例來說，所述多面棱鏡可以為六面棱鏡，該六面棱鏡結(jié)構(gòu)如圖2所示，其尺寸可以設(shè)定為:1 = 4.51mm,L = 7.30mm,α = 70.00°。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例中，利用擴(kuò)束裝置使光束尺寸與多面棱鏡側(cè)面尺寸匹配，是光束均從棱鏡側(cè)面入射，實(shí)現(xiàn)光束的完美入射，避免有雜散光經(jīng)過棱鏡底面進(jìn)入干涉區(qū)域。如圖3所示，光束從棱鏡的側(cè)面入射后經(jīng)過棱鏡的折射再出射后發(fā)生干涉，黑色區(qū)域?yàn)楦缮鎱^(qū)域
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中，所述DMD上的圖案可以根據(jù)需求設(shè)定;舉例來說，可設(shè)為如圖4a_圖4b所示的形狀。則每一條亮紋照在六棱鏡的一個(gè)對(duì)應(yīng)側(cè)面上，經(jīng)過棱鏡的折射在棱鏡上方進(jìn)行干涉光刻。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中，上述光路搭建中注意要點(diǎn)如下:
[0028]首先，根據(jù)棱鏡尺寸估算DMD上加載圖案的尺寸是十分必要的，并通過調(diào)整加載圖案大小和擴(kuò)束系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)入射到棱鏡上的光全部經(jīng)由其側(cè)面進(jìn)行折射，而沒有雜散光通過棱鏡底部到達(dá)樣品的，這是干涉刻寫成功的必要條件。其次，光路的調(diào)整，光路的水平和鉛錘對(duì)于刻寫也是很必要的條件，因?yàn)檫@保證了刻寫圖案的優(yōu)良品質(zhì)并且十分便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。通過調(diào)節(jié)反射鏡1和DMD來保證從DMD出射的光線為水平的，然后在樣品臺(tái)和六棱鏡支架上分別放置水平儀，調(diào)整至水平后，在樣品臺(tái)上放置一個(gè)反射鏡，通過調(diào)節(jié)反射鏡2使得從樣品臺(tái)上反射鏡反射的光能與從DMD來的入射光完全重合，這樣就保證了入射六棱鏡的光是鉛錘方向了。最后，通過上下移動(dòng)樣品臺(tái)使從棱鏡出射的幾路光線干涉疊加在光刻膠上。
[0029]基于本發(fā)明實(shí)施例所提供的上述光路，再結(jié)合常規(guī)的方法即可完成光刻。
[0030]光刻過程如下:
[0031]本發(fā)明實(shí)施例中，采用光刻膠為正性光刻膠，光源為448nm激光。
[0032]第一步:清洗玻璃基底。將玻璃基底先后在丙酮，乙醇，去離子水中超聲清洗30min，然后在濃硫酸:雙氧水= 4:1的混合溶液中超聲清洗60min，最后再次在去離子水中超聲清洗30min。
[0033]第二步:光刻膠成膜。將光刻膠滴在清洗干凈的玻璃基底上，采用旋轉(zhuǎn)式勻膠機(jī)甩膜的方式將光刻膠均勻附著在玻璃基底上，在100°C的恒溫稱上加熱2min，達(dá)到堅(jiān)膜的效果Ο
[0034]第三步:刻寫和顯影過程。首先根據(jù)光刻膠曝光閾值計(jì)算曝光時(shí)間。本次實(shí)施例中，采用80mJ/cm2的曝光劑量，干涉圖案面積0.1256cm2，曝光時(shí)間為12.34s。將樣品放置在樣品臺(tái)上，在已經(jīng)調(diào)整好的圖1所示的光路中加入電子快門，設(shè)定好曝光時(shí)間，進(jìn)行刻寫。曝光過程中盡量減小光學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)的震動(dòng);不要在刻寫過程中走動(dòng)，以避免空氣流動(dòng)導(dǎo)致干涉光線抖動(dòng)。曝光過的樣品在顯影液中顯影15秒，此操作需要在暗室進(jìn)行，并保證20°C恒溫?？虒戯@影過程結(jié)束。
[0035]另一方面，基于本發(fā)明實(shí)施例所提供的方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0036]此次實(shí)驗(yàn)中，DMD加載了如圖4a_圖4b所示的形狀，對(duì)應(yīng)這兩種設(shè)計(jì)圖案，實(shí)際光刻結(jié)構(gòu)的SEM圖案，如圖5a-圖5b。
[0037]通過SEM圖案中可知，刻寫結(jié)構(gòu)尺寸在300nm左右；由此可見，其刻寫尺寸遠(yuǎn)小于DMD直寫刻寫尺寸。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法，其特征在于，包括: 利用448nm激光器出射激光，其出射的激光經(jīng)過起偏器變成線偏振光，并經(jīng)過空間濾波器進(jìn)行濾波后成為線偏振的平行光，再經(jīng)過反射鏡1反射至數(shù)字微鏡設(shè)備DMD，從DMD出射光變成為與加載在DMD上的圖案一樣形狀的平行光，并射入擴(kuò)束裝置； 該擴(kuò)束裝置使光束尺寸與多面棱鏡側(cè)面尺寸匹配，再通過反射鏡2入射到多面棱鏡側(cè)面，且每一入射光經(jīng)過多面棱鏡的偏折后出射，通過上下移動(dòng)樣品臺(tái)使從多面棱鏡出射的多路光線干涉疊加在光刻膠上，實(shí)現(xiàn)多光束干涉光刻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多面棱鏡為六面棱鏡。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字微鏡設(shè)備與多面棱鏡結(jié)合的多光束干涉光刻方法，包括：利用448nm激光器出射激光，其出射的激光經(jīng)過起偏器變成線偏振光，并經(jīng)過空間濾波器進(jìn)行濾波后成為線偏振的平行光，再經(jīng)過反射鏡1反射至數(shù)字微鏡設(shè)備DMD，從DMD出射光變成為與加載在DMD上的圖案一樣形狀的平行光，并射入擴(kuò)束裝置；該擴(kuò)束裝置使光束尺寸與多面棱鏡側(cè)面尺寸匹配，再通過反射鏡2入射到多面棱鏡側(cè)面，且每一入射光經(jīng)過多面棱鏡的偏折后出射，通過上下移動(dòng)樣品臺(tái)使從多面棱鏡出射的多路光線干涉疊加在光刻膠上，實(shí)現(xiàn)多光束干涉光刻。本發(fā)明方案實(shí)現(xiàn)了多光束干涉光刻光路的簡(jiǎn)化，無需使用大量分束器和反射鏡；同時(shí)，所刻寫結(jié)構(gòu)的尺寸遠(yuǎn)小于DMD直寫光刻結(jié)構(gòu)尺寸。
【IPC分類】G03F7/20, G02B26/08
【公開號(hào)】CN105446089
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511017157
【發(fā)明人】崔辰靜, 魯擁華, 王沛
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日