專(zhuān)利名稱(chēng)：高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微納米加工領(lǐng)域，特別是一種高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，可應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)MEMS)器件制作、半導(dǎo)體芯片無(wú) 掩模光刻、半導(dǎo)體掩模制作、二元光學(xué)器件制作等多個(gè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)納米科技將成為推動(dòng)世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力之一，將給 醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、材料和信息通信等行業(yè)帶來(lái)革命性的變革。激光直寫(xiě)技 術(shù)作為眾多微納米加工手段中的一種，具有成本低、加工周期短、使用 靈活、環(huán)境要求低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在微電子、集成光學(xué)(DOEs)、微機(jī)電 系統(tǒng)(MEMs)，混合集成電路、微波集成電路制作方面獲得廣泛應(yīng)用， 是一種具有廣闊發(fā)展前景的實(shí)用技術(shù)。在先技術(shù)中，專(zhuān)利"模塊化的激光直刻裝置"(申請(qǐng)?zhí)?00720072320.3) 中提出一種微納加工的激光直寫(xiě)裝置，具有一定優(yōu)點(diǎn)，但存在以下不足1. 采用單光束逐點(diǎn)刻寫(xiě)樣品，刻寫(xiě)速度過(guò)慢，在刻寫(xiě)大范圍樣品時(shí)需要 時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。2. 無(wú)顯微監(jiān)視模塊，無(wú)法觀察樣品表面情況。3. 待刻寫(xiě)的樣品垂直于水平面，受重力影響較大，且無(wú)法裝夾大范圍樣DR口o4. 以非實(shí)時(shí)的計(jì)算機(jī)為核心控制器，控制速度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速刻寫(xiě)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種高速多 光束并行激光直寫(xiě)裝置，要求到達(dá)刻寫(xiě)速度快、靈活性高、適用范圍廣、 模塊化程度高、擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的基本工作原理是被各自獨(dú)立調(diào)制的多束激光，經(jīng)刻 寫(xiě)物鏡會(huì)聚后成為多個(gè)光點(diǎn)聚焦在待刻寫(xiě)的樣品表面，控制樣品沿預(yù)先 設(shè)計(jì)的路徑移動(dòng)的同時(shí)控制射向樣品表面的各束激光的強(qiáng)度和脈沖時(shí) 間，在樣品表面多光點(diǎn)并行刻寫(xiě)出具有灰度分布的二維圖形。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，該裝置的組成包括 刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊，包括一臺(tái)激光器、聲光調(diào)制器和光譜分光鏡； 刻寫(xiě)光頭，由調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器和刻寫(xiě)物鏡組成；離焦檢測(cè)模塊，由半導(dǎo)體激光器、第一偏振分光鏡、第二偏振分光 鏡、柱面鏡、四象限光電探測(cè)器和溫控單元組成；照明與監(jiān)控模塊，包括照明光源、準(zhǔn)直透鏡、半透半反鏡、目鏡和 感光元件；樣品位移臺(tái)，包括樣品臺(tái)和樣品；主控模塊，包括實(shí)時(shí)控制器和計(jì)算機(jī)；上述元部件的位置關(guān)系如下所述的樣品水平地裝夾在所述的樣品 臺(tái)上，在一豎直的主光路上自上而下依次設(shè)置所述的感光元件、目鏡、 半透半反鏡、第二偏振分光鏡、光譜分光鏡、刻寫(xiě)物鏡和樣品，所述感 光元件、目鏡、半透半反鏡、第二偏振分光鏡、光譜分光鏡和刻寫(xiě)物鏡 同光軸；所述的主光路垂直所述的樣品表面；所述的聲光調(diào)制器位于所述的激光器的出射光路上，所述的光譜分 光鏡位于所述的聲光調(diào)制器的衍射光束光路上，所述的光譜分光鏡的反 射面與衍射光束中心成45。夾角，與主光路成45。夾角；所述的刻寫(xiě)物鏡固定在所述的調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器上，該調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)刻 寫(xiě)物鏡沿主光路方向運(yùn)動(dòng)，所述的刻寫(xiě)物鏡的光軸與所述的光譜分光鏡 的反射面成45。夾角；所述的半導(dǎo)體激光器發(fā)出經(jīng)準(zhǔn)直后的平行激光，依次被第一偏振分 光鏡、第二偏振分光鏡反射后，沿主光路透過(guò)所述的光譜分光鏡和刻寫(xiě) 物鏡會(huì)聚在所述樣品的表面，被該樣品表面反射的反射光沿主光路返回， 依次透過(guò)所述的刻寫(xiě)物鏡、光譜分光鏡，被第二偏振分光鏡反射、透過(guò)第一偏振分光鏡、柱面鏡，最終落在所述的四象限探測(cè)器表面，所述第 二偏振分光鏡、第一偏振分光鏡、柱面鏡和四象限探測(cè)器同光軸，所述 的溫控單元包裹在半導(dǎo)體激光器金屬外殼外；所述的照明光源發(fā)出的非相干發(fā)散光束，被所述的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后， 被所述的半透半反鏡反射，沿主光路透過(guò)第二偏振分光鏡、光譜分光鏡、 刻寫(xiě)物鏡，對(duì)樣品刻寫(xiě)區(qū)域進(jìn)行照明，所述的目鏡與所述的刻寫(xiě)物鏡構(gòu) 成顯微鏡，將樣品表面成像在所述的感光元件上；所述的計(jì)算機(jī)與實(shí)時(shí)控制器相連，所述的實(shí)時(shí)控制器與所述的刻寫(xiě) 光源調(diào)制模塊、刻寫(xiě)光頭、離焦檢測(cè)模塊、照明及監(jiān)視模塊、樣品臺(tái)分 別相連，在所述的計(jì)算機(jī)的程序控制下，驅(qū)動(dòng)各部件協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行激光 直寫(xiě)。所述激光器為氣體激光器、固體激光器或半導(dǎo)體激光器， 所述的調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、音圈電機(jī)或電機(jī)位移臺(tái)與壓 電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的組合體。所述感光元件為電荷耦合器件，或互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體。 所述的照明光源為發(fā)光二極管光源，或光纖冷光源。 所述的聲光調(diào)制器與所述的光譜分光鏡之間有雙遠(yuǎn)心透鏡組。所述樣品位移臺(tái)的樣品臺(tái)用來(lái)裝夾樣品，在程序控制下帶動(dòng)樣品沿 一定預(yù)先設(shè)計(jì)好的路徑運(yùn)動(dòng)。所述樣品臺(tái)水平放置，位于刻寫(xiě)物鏡下方， 且與刻寫(xiě)物鏡光軸相垂直。所述樣品臺(tái)為二維直角平臺(tái)、轉(zhuǎn)盤(pán)或轉(zhuǎn)動(dòng)滾 筒，可依據(jù)樣品和待刻寫(xiě)的圖形特性靈活選擇。所述主控模塊包括實(shí)時(shí)控制器和計(jì)算機(jī)。所述計(jì)算機(jī)與實(shí)時(shí)控制器 相連，實(shí)時(shí)控制器與刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊、刻寫(xiě)光頭、離焦檢測(cè)模塊、照 明及監(jiān)視模塊相連，控制樣品平臺(tái)運(yùn)動(dòng)、刻寫(xiě)光源模塊的多脈沖發(fā)生以 及刻寫(xiě)光頭的伺服調(diào)焦。計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理人機(jī)交互事務(wù)，將相關(guān)操作轉(zhuǎn) 換為控制命令發(fā)送給實(shí)時(shí)控制器讓其執(zhí)行，并將執(zhí)行結(jié)果顯示在屏幕上， 以供用戶(hù)査看。7利用上述多光束激光直寫(xiě)裝置加工微納米器件的工作過(guò)程如下1. 將樣品放置在樣品臺(tái)上并裝夾好。2. 打開(kāi)照明光源，調(diào)節(jié)樣品臺(tái)與刻寫(xiě)物鏡之間的距離，并通過(guò)計(jì)算機(jī)屏 幕上顯示樣品表面的顯微圖像，觀察聚焦情況，當(dāng)屏幕上的光斑最小 時(shí)，說(shuō)明樣品表面基本在物鏡的焦深以?xún)?nèi)，粗聚焦調(diào)節(jié)成功。3. 關(guān)閉照明光源，防止從樣品表面反射的光進(jìn)入離焦檢測(cè)模塊，影響聚 焦精度。4. 開(kāi)啟離焦檢測(cè)模塊中半導(dǎo)體激光器的電源，檢測(cè)樣品表面離焦量，主 控模塊根據(jù)該離焦量反饋控制調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器伸長(zhǎng)或縮短，調(diào)節(jié)刻寫(xiě)物鏡 與樣品間的距離，使刻寫(xiě)物鏡對(duì)樣品表面精確聚焦。在刻寫(xiě)樣品過(guò)程 中，聚焦負(fù)反饋一直進(jìn)行。5. 計(jì)算機(jī)裝載用戶(hù)需要刻寫(xiě)的圖形坐標(biāo)及強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并將其傳輸給實(shí)時(shí) 控制器。6. 實(shí)時(shí)控制器根據(jù)待刻寫(xiě)的圖形數(shù)據(jù)發(fā)出指令，控制樣品臺(tái)移動(dòng)，并同 步發(fā)出數(shù)字或模擬電脈沖調(diào)制刻寫(xiě)光源，刻寫(xiě)光源發(fā)出多束并行的光 脈沖并會(huì)聚在樣品表面，對(duì)樣品進(jìn)行刻寫(xiě)。7. 刻寫(xiě)完成后，關(guān)閉半導(dǎo)體激光器，開(kāi)啟照明光源電源，通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的感光元件上的成像信息觀察刻寫(xiě)情況。相對(duì)于先前專(zhuān)利，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1. 采用多光束直接并行刻寫(xiě)，極大地提高了刻寫(xiě)速度。2. 將樣品平面由與水平面垂直更改至與水平面平行，克服了重力對(duì)樣品 裝夾產(chǎn)生的影響，樣品的位置穩(wěn)定性大幅提高，且可方便裝夾多種不 同尺寸的樣品。3. 增加了照明和顯微監(jiān)控模塊，可以直觀觀察樣品裝夾和刻寫(xiě)過(guò)程，最大限度地避免誤操作和盲目操作，防止意外事故發(fā)生。4. 采用實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)代替原有的以計(jì)算機(jī)為核心的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，極大地提高了刻寫(xiě)速度和系統(tǒng)可靠性。5. 采用溫控單元穩(wěn)定離焦檢測(cè)用的半導(dǎo)體激光器溫度，減少了半導(dǎo)體激光器的溫度漂移，提高了聚焦精度。 總之，本實(shí)用新型采用多光束并行刻寫(xiě)，將刻寫(xiě)速度提高為單光束刻寫(xiě)子系統(tǒng)，可根據(jù)實(shí)際需要選用適當(dāng)運(yùn)動(dòng)范圍和精度的樣品位移平臺(tái)， 具有很強(qiáng)的通用性
圖1為本實(shí)用新型高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu) 示意圖圖2為第一實(shí)施例的多光束刻寫(xiě)部分的原理圖 圖3為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的刻寫(xiě)部分原理圖 圖5為刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊的第一可選方案原理圖 圖6為刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊的第二可選方案原理圖 圖7為樣品臺(tái)的第一可選方案示意圖 圖8為樣品臺(tái)的第二可選方案示意圖 圖9為樣品臺(tái)的第三可選方案示意圖具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限 制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。 第一實(shí)施例先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本實(shí)用新型高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置第 一實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)施例多光束刻寫(xiě)的基本原理圖。 本實(shí)用新型高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置由刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊1、刻寫(xiě) 光頭2、離焦檢測(cè)模塊3、照明及監(jiān)視模塊4、樣品位移臺(tái)5、主控模塊 6六大模塊組成。所述刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊1包括激光器101、聲光調(diào)制器102、光譜分 光鏡103。所述激光器101為氣體、固體或半導(dǎo)體激光，優(yōu)選為半導(dǎo)體 激光器。光譜分光鏡102對(duì)激光器101發(fā)出的激光具有高反射率，對(duì)其 它波長(zhǎng)激光具有高透射率。所述的聲光調(diào)制器102是現(xiàn)成的產(chǎn)品聲光調(diào) 制器102a，從聲光調(diào)制器102a出射的光的衍射角與驅(qū)動(dòng)其的射頻信號(hào) 的載頻相對(duì)應(yīng)，載頻不同，衍射角也不同。所述聲光調(diào)制器102a由實(shí)時(shí) 控制器601所驅(qū)動(dòng)，所述的實(shí)時(shí)控制器601可由市場(chǎng)采購(gòu)，通過(guò)其內(nèi)部 直接數(shù)字頻率合成器(DDS)輸出由多個(gè)不同頻率疊加在一起的射頻信號(hào) 驅(qū)動(dòng)聲光調(diào)制器102a，該聲光調(diào)制器102a輸出與之相對(duì)應(yīng)的多個(gè)不同衍射角的光束。調(diào)制各個(gè)載頻信號(hào)的幅度，則可以控制相對(duì)應(yīng)的衍射光 束強(qiáng)度，調(diào)節(jié)各個(gè)相鄰載頻之間的頻差，則可以改變與之相對(duì)應(yīng)光束的 衍射角，進(jìn)而改變各刻寫(xiě)點(diǎn)之間的間距。所述的刻寫(xiě)光頭2包括調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器201和刻寫(xiě)物鏡202，調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器201控制刻寫(xiě)物鏡202沿刻寫(xiě)光路方向運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)刻寫(xiě)物鏡202與樣 品501之間的距離，使刻寫(xiě)光束焦點(diǎn)始終落在樣品表面上。所述調(diào)焦驅(qū) 動(dòng)器201可以是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PZT)、音圈電機(jī)或電機(jī)位移 臺(tái)與PZT的組合體。前一種運(yùn)動(dòng)范圍較小，但精度較高，后兩種調(diào)節(jié)范 圍較大，具體應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際刻寫(xiě)速度和刻寫(xiě)范圍選用恰當(dāng)方式。所 述刻寫(xiě)物鏡202具有通用接口，可替換。所述離焦檢測(cè)模塊3由紅光半導(dǎo)體激光器301、第一偏振分光片302、 第二偏振分光片306、柱面鏡303、四象限探測(cè)器304以及溫控單元305 組成，此模塊采用象散法進(jìn)行離焦探測(cè)，溫控單元305由半導(dǎo)體制冷器、 熱電偶、反饋控制電路組成，用來(lái)保持半導(dǎo)體激光器301的溫度穩(wěn)定， 進(jìn)而減少由溫度變化引起的離焦誤差，保證了聚焦精度。所述照明及監(jiān)視模塊4由照明光源403、準(zhǔn)直透鏡404、半透半反鏡 405、目鏡402、感光元件401組成，所述的目鏡402和刻寫(xiě)物鏡202構(gòu) 成顯微鏡，將樣品501表面成像在感光元件401上，并最終顯示在計(jì)算 機(jī)602的顯示器上，供用戶(hù)查看樣品裝夾或刻寫(xiě)過(guò)程，以防止意外發(fā)生。 所述的照明光源403為L(zhǎng)ED光源或光纖冷光源，所述感光元件401為電 荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。上述刻寫(xiě)激光調(diào)制模塊l、刻寫(xiě)光頭2、離焦檢測(cè)模塊3、照明及監(jiān) 視模塊4四模塊構(gòu)成刻寫(xiě)子系統(tǒng)，其具有刻寫(xiě)、監(jiān)控、離焦檢測(cè)三種基 本功能，可與不同類(lèi)型的樣品位移臺(tái)5靈活組合，實(shí)現(xiàn)不同的功能。所述的樣品位移臺(tái)5包括樣品501和可程序控制移動(dòng)的樣品臺(tái) 502，樣品臺(tái)502在計(jì)算機(jī)602的控制下，帶動(dòng)樣品501在垂直于刻寫(xiě)激 光束的平面內(nèi)作運(yùn)動(dòng)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的不同，所述的樣品臺(tái)502有以下 幾種可選方案1) 二維直角平臺(tái)，如圖7所示a) 小范圍高精度應(yīng)用，樣品臺(tái)502采用二維PZT平臺(tái)。b) 大范圍低精度應(yīng)用，樣品臺(tái)502采用二維步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)，并可 附加光柵尺測(cè)距。采用電機(jī)平臺(tái)+PZT+光柵尺(或雙頻干涉儀)測(cè)距的方式，步進(jìn)電機(jī)完成大范圍運(yùn)動(dòng)，PZT完成精細(xì)運(yùn)動(dòng)。2) 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，如圖8所示，樣品固定在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)上，適合刻寫(xiě)圓 形圖形，如圓形衍射光學(xué)元件。3) 轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒，如圖9所示，樣品被粘附在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形滾筒上。在刻 寫(xiě)過(guò)程中，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，刻寫(xiě)光頭2沿滾筒的軸線逐漸移動(dòng)， 則沿螺旋路徑刻寫(xiě)所述主控模塊6包括實(shí)時(shí)控制器601和計(jì)算機(jī)602，實(shí)時(shí)控制器601 至少具有如下功能1、 在刻寫(xiě)過(guò)程中根據(jù)離焦檢測(cè)模塊)的檢測(cè)結(jié)果的對(duì)刻寫(xiě)物鏡202 進(jìn)行伺服聚焦控制。2、 控制樣品臺(tái)502沿一定路徑運(yùn)動(dòng)。3、 向聲光調(diào)制器102輸出疊加有多個(gè)載頻的射頻信號(hào)，同步控制聲 光調(diào)制器102發(fā)出多光束脈沖。所述計(jì)算機(jī)602負(fù)責(zé)處理人機(jī)交互事務(wù)，將相關(guān)操作轉(zhuǎn)換為控制命 令發(fā)送給實(shí)時(shí)控制器601讓其執(zhí)行，并將執(zhí)行結(jié)果顯示在屏幕上，以供 用戶(hù)査看。圖5是本實(shí)用新型的刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊1的第一個(gè)可選方案的原理 圖，所述的聲光調(diào)制器102是由多個(gè)聲光晶體組合成的聲光調(diào)制器陣列 102b，每個(gè)聲光晶體都采用獨(dú)立的壓電晶體驅(qū)動(dòng)，采用具有一定頻差的 射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)每個(gè)壓電晶體，則與第一最優(yōu)實(shí)施例類(lèi)似，從聲光調(diào)制器 出射的激光也具有不同的衍射角，可通過(guò)調(diào)整各載頻信號(hào)的幅度來(lái)調(diào)節(jié) 各光束的強(qiáng)度，調(diào)節(jié)各載頻信號(hào)之間的頻差來(lái)調(diào)節(jié)相鄰刻寫(xiě)點(diǎn)之間的間 距。相對(duì)于第一最優(yōu)實(shí)施例，各通道間相互干擾相對(duì)較弱，但聲光調(diào)制 器陣列制作難度加大。圖6是刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊1的第二個(gè)可選方案?？虒?xiě)光源調(diào)制模塊1 中的刻寫(xiě)光源101采用封裝在一起的多個(gè)半導(dǎo)體激光器陣列101c，其每 個(gè)單元激光器發(fā)出的發(fā)散激光被刻寫(xiě)物鏡202會(huì)聚在樣品501的表面， 控制單元激光器的電流可實(shí)現(xiàn)控制與之相對(duì)應(yīng)的會(huì)聚點(diǎn)的激光功率強(qiáng)度 的目的。相對(duì)于實(shí)施例一和可選方案一，其光路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于 半導(dǎo)體激光器單元之間的間距固定，相鄰刻寫(xiě)點(diǎn)之間的間距不可調(diào)。利用上述實(shí)施例裝置進(jìn)行激光直寫(xiě)，其特征在于包括以下操作步驟:1. 將樣品501放置在樣品臺(tái)502上并裝夾好。2. 調(diào)節(jié)樣品臺(tái)502與刻寫(xiě)物鏡202之間的距離，并通過(guò)計(jì)算機(jī)602屏幕 上顯示樣品501表面的顯微圖像觀察聚焦情況，當(dāng)屏幕上的光斑最小 時(shí)說(shuō)明樣品表面基本在物鏡的焦深以?xún)?nèi)，粗聚焦調(diào)節(jié)成功。3. 關(guān)閉照明光源403，防止從樣品表面反射的光進(jìn)入離焦檢測(cè)模塊3影響聚焦精度。4. 開(kāi)啟離焦檢測(cè)模塊3中半導(dǎo)體激光器301的電源，檢測(cè)樣品501表面 離焦量，主控模塊6根據(jù)該離焦量反饋控制調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器201伸長(zhǎng)或縮 短，調(diào)節(jié)刻寫(xiě)物鏡202與樣品501間的距離，使刻寫(xiě)物鏡202對(duì)樣品 501表面精確聚焦。在刻寫(xiě)樣品過(guò)程中，聚焦負(fù)反饋一直進(jìn)行。5. 計(jì)算機(jī)602裝載用戶(hù)需要刻寫(xiě)的圖形坐標(biāo)及強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并將其傳輸給 實(shí)時(shí)控制器601。6. 實(shí)時(shí)控制器601根據(jù)待刻寫(xiě)的圖形數(shù)據(jù)發(fā)出指令控制樣品臺(tái)502移 動(dòng)，并同步發(fā)出數(shù)字或模擬電脈沖調(diào)制刻寫(xiě)光源101，刻寫(xiě)光源IOI 發(fā)出光脈沖并會(huì)聚在樣品501表面，對(duì)樣品501進(jìn)行刻寫(xiě)。7. 刻寫(xiě)完成后，關(guān)閉半導(dǎo)體激光器301，開(kāi)啟照明光源403的電源，通 過(guò)計(jì)算機(jī)602顯示屏幕上顯示的感光元件401上的成像信息觀察刻 寫(xiě)情況。第二實(shí)施例第二實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，其工作原理如圖4所示。 相對(duì)于實(shí)施例一，本實(shí)施例的特點(diǎn)是在所述的聲光調(diào)制器102與所述的 光譜分光鏡103之間加入雙遠(yuǎn)心透鏡組104，作用是將聲光調(diào)制器出射 的光束進(jìn)行擴(kuò)束并收集于刻寫(xiě)物鏡202的入瞳處，并使光束充滿刻寫(xiě)物 鏡202的入瞳，進(jìn)而具有更小的會(huì)聚光斑，刻寫(xiě)點(diǎn)的尺寸更小。1權(quán)利要求1、一種高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，其特征在于該裝置的組成包括刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊(1)，包括一臺(tái)激光器(101)、聲光調(diào)制器(102)和光譜分光鏡(103)；刻寫(xiě)光頭(2)，由調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器(201)和刻寫(xiě)物鏡(202)組成；離焦檢測(cè)模塊(3)，由半導(dǎo)體激光器(301)、第一偏振分光鏡(302)、第二偏振分光鏡(306)、柱面鏡(303)、四象限光電探測(cè)器(304)和溫控單元(305)組成；照明與監(jiān)控模塊(4)，包括照明光源(403)、準(zhǔn)直透鏡(404)、半透半反鏡(405)、目鏡(402)和感光元件(401)；樣品位移臺(tái)(5)，包括樣品臺(tái)(502)和樣品(501)；主控模塊(6)，包括實(shí)時(shí)控制器(601)和計(jì)算機(jī)(602)；上述元部件的位置關(guān)系如下所述的樣品(501)水平地裝夾在所述的樣品臺(tái)(502)上，在一豎直的主光路上自上而下依次設(shè)置所述的感光元件(401)、目鏡(402)、半透半反鏡(405)、第二偏振分光鏡(306)、光譜分光鏡(103)、刻寫(xiě)物鏡(202)和樣品(501)，所述感光元件(401)、目鏡(402)、半透半反鏡(405)、第二偏振分光鏡(306)、光譜分光鏡(103)和刻寫(xiě)物鏡(202)同光軸；所述的主光路垂直所述的樣品(501)表面；所述的聲光調(diào)制器(102)位于所述的激光器(101)的出射光路上，所述的光譜分光鏡(103)位于所述的聲光調(diào)制器(102)的衍射光束光路上，所述的光譜分光鏡(103)的反射面與衍射光束中心成45°夾角，與主光路成45°夾角；所述的刻寫(xiě)物鏡(202)固定在所述的調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器(201)上，該調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器(201)驅(qū)動(dòng)刻寫(xiě)物鏡(202)沿主光路方向運(yùn)動(dòng)，所述的刻寫(xiě)物鏡(202)的光軸與所述的光譜分光鏡(103)的反射面成45°夾角；所述的半導(dǎo)體激光器(301)發(fā)出經(jīng)準(zhǔn)直后的平行激光，依次被第一偏振分光鏡(302)、第二偏振分光鏡(306)反射后，沿主光路透過(guò)所述的光譜分光鏡(103)和刻寫(xiě)物鏡(202)會(huì)聚在所述樣品(501)的表面，被該樣品(501)表面反射的反射光沿主光路依次透過(guò)所述的刻寫(xiě)物鏡(202)、光譜分光鏡(103)，被第二偏振分光鏡(306)反射、透過(guò)第一偏振分光鏡(302)、柱面鏡(303)，最終落在所述的四象限探測(cè)器(304)表面，所述第二偏振分光鏡(306)、第一偏振分光鏡(302)、柱面鏡(303)和四象限探測(cè)器(304)同光軸，所述的溫控單元(305)包裹在半導(dǎo)體激光器(301)金屬外殼外；所述的照明光源(403)發(fā)出的非相干發(fā)散光束，被所述的準(zhǔn)直透鏡(404)準(zhǔn)直后，被所述的半透半反鏡(405)反射，沿主光路透過(guò)第二偏振分光鏡(306)、光譜分光鏡(103)、刻寫(xiě)物鏡(202)，對(duì)樣品(501)刻寫(xiě)區(qū)域進(jìn)行照明，所述的目鏡(402)與所述的刻寫(xiě)物鏡(202)構(gòu)成顯微鏡，將樣品(501)表面成像在所述的感光元件(401)上；所述的計(jì)算機(jī)(602)與實(shí)時(shí)控制器(601)相連，所述的實(shí)時(shí)控制器(601)與所述的刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊(1)、刻寫(xiě)光頭(2)、離焦檢測(cè)模塊(3)、照明及監(jiān)視模塊(4)、樣品臺(tái)(502)分別相連，在所述的計(jì)算機(jī)(602)的程序控制下，驅(qū)動(dòng)各部件協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行激光直寫(xiě)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，其特征在 于所述的所述激光器(101)為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器 或多個(gè)半導(dǎo)體激光器陣列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，其特征在 于所述的調(diào)焦驅(qū)動(dòng)器(201)為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器、音圈電機(jī)或電機(jī)位移臺(tái) 與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的組合體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，其特征在于所述感光元件(401)為電荷耦合器件，或互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，其特征在于所述的照明光源(403)為發(fā)光二極管光源，或光纖冷光源。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，其特征在 于所述的樣品臺(tái)(502)為二維直角平臺(tái)、轉(zhuǎn)盤(pán)或轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置， 其特征是在所述的聲光調(diào)制器(102)與所述的光譜分光鏡(103)之間 有雙遠(yuǎn)心透鏡組(104)。
專(zhuān)利摘要一種適用于微納加工的高速多光束并行激光直寫(xiě)裝置，由刻寫(xiě)光源調(diào)制模塊、刻寫(xiě)光頭、離焦檢測(cè)模塊、照明與監(jiān)控模塊、樣品位移臺(tái)和主控模塊組成，本實(shí)用新型提供多光束激光并行高速刻寫(xiě)，大大提高了刻寫(xiě)速度?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用需要，將多光束的刻寫(xiě)子系統(tǒng)與不同運(yùn)動(dòng)方式的樣品臺(tái)組合成具有不同功能的刻寫(xiě)裝置。
文檔編號(hào)B23K26/00GK201345033SQ20092006722
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者徐文東, 范永濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所