一种制作米量级光栅的系统及方法与流程

文档序号:15018807发布日期:2018-07-25 00:12阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种制作米量级光栅的系统,包括激光器、分束棱镜、第一光束转折系统、第二光束转折系统、第一声光调制器、第二声光调制器、安装在三维压电陶瓷平移台上的第一空间滤波器、第二空间滤波器、第一非球面准直透镜、第二非球面准直透镜、第一光束整形压缩柱面系统、第二光束整形压缩柱面系统、第一光闸、第二光闸、楔形衰减板、平行衰减板、第一光电探测器、光刻胶光栅基板、光刻胶边参考光栅基板、可移动曝光平台、自准直角度检测组元;

所述的第一光束转折系统以及第二光束转折系统用于改变光传播方向;

所述的第一空间滤波器以及第二空间滤波器分别由会聚透镜和针孔滤波器组成用于将激光束调制成球面波;

所述的自准直角度检测组元为一自准直光路,用于监测光刻胶光栅基板的姿态变化情况;由氦氖激光器、自准直扩束系统、第二光电探测器组成,氦氖激光器发出的光束垂直入射至光刻胶光栅基板上,被光刻胶光栅基板反射的光束入射至第二光电探测器;

所述的光刻胶光栅基板为矩形,以光刻胶光栅基板的长边方向为x轴,以光刻胶光栅基板的短边方向为y轴,光刻胶光栅基板的涂有光刻胶一面的外法线方向为z轴正方向;所述的x轴、y轴、z轴构成的坐标系满足右手螺旋;

所述的光刻胶光栅基板与光刻胶边参考光栅基板沿x轴方向拼接并且都固定在可移动曝光平台上;光刻胶边参考光栅基板位于光刻胶光栅基板x轴正方向一侧;

激光器发出的光经过分束棱镜分成两束光,透射光做为第一束光经过第一光束转折系统,再经第一声光调制器,进入第一空间滤波器,然后经过第一非球面准直透镜,扩束成全口径平行光,经过第一光束整形柱面压缩系统,沿y轴方向的光束尺寸保持不变,沿x轴方向的光束尺寸压缩至原来的1/6-1/4;被第一光束整形柱面压缩系统压缩后的光一部分经过第一光闸,另一部分经过楔形衰减板;经过楔形衰减板的光束称为第一监测光束,经过第一光闸的光束称为第一曝光光束,第一监测光束与第一曝光光束的截面宽度一致,最后都投射到光刻胶光栅基板上;

反射光作为第二束光经过第二光束转折系统,进入第二声光调制器,经过第二空间滤波器,然后经过第二非球面准直透镜,扩束成全口径平行光,经过第二光束整形柱面压缩系统,沿y轴方向的光束尺寸保持不变,沿x轴方向的光束尺寸压缩至原来的1/6-1/4,被第二光束整形柱面压缩系统压缩后的光一部分经过第二光闸,另一部分经过平行衰减板;经过平行衰减板的光束称为第二监测光束,经过第二光闸的光束称为第二曝光光束,第二监测光束与第二曝光光束的截面宽度一致,最后都投射到光刻胶光栅基板上;

第一监测光束投射到光刻胶光栅基板的0级反射光投射到平行衰减板上,折入第一光电探测器;第二监测光束投射到光刻胶光栅基板的-1级反射衍射光沿原路投射到平行衰减板上,最后折入第一光电探测器;

所述第一光电探测器采集到的条纹中的相位信息反馈至第一声光调制器、第二声光调制器;第一光电探测器采集到的条纹中的周期信息反馈至安装有第一空间滤波器的三维压电陶瓷平移台上;第一声光调制器与第二声光调制器分别控制第一曝光光束与第二曝光光束使其相位差恒定;三维压电陶瓷平移台控制采集到的条纹周期恒定;

所述第二光电探测器采集到的光斑信息反馈至安装有第一空间滤波器的三维压电陶瓷平移台上,三维压电陶瓷平移台控制第一曝光光束与第二曝光光束夹角保持恒定。

2.根据权利要求1所述的一种制作米量级光栅的系统,其特征在于:所述的第一非球面准直透镜以及第二非球面准直透镜通光口径大于等于500mm,用于将球面波扩束准直。

3.根据权利要求1所述的一种制作米量级光栅的系统,其特征在于:第一光束整形压缩柱面系统由第一凸面柱面镜和第一凹面柱面镜组成,其中第一凸面柱面镜放置在第一非球面准直透镜后端,第一凹面柱面镜的前虚焦点与第一凸面柱面镜的后实焦点重合;第二光束整形压缩柱面系统与第一光束整形压缩柱面系统对结构参数一致。

4.使用权利要求1-3之一所述制作米量级光栅的系统的一种制作米量级光栅的方法,用第一曝光光束与第二曝光光束产生的干涉条纹对边光刻胶边参考光栅基板进行曝光,经显影生成光刻胶边参考光栅,将光刻胶边参考光栅复位,光刻胶边参考光栅与第一曝光光束与第二曝光光束产生的干涉条纹重叠产生莫尔条纹;此莫尔条纹信息传输至第一光电探测器,第一光电探测器采集到的条纹中的相位信息反馈至第一声光调制器、第二声光调制器锁定第一曝光光束与第二曝光光束使其相位差;第一光电探测器采集到的条纹中的周期信息反馈至安装有第一空间滤波器的三维压电陶瓷平移台上,锁定采集到的条纹周期;第二光电探测器采集到的光斑信息反馈至安装有第一空间滤波器的三维压电陶瓷平移台上,锁定第一曝光光束与第二曝光光束夹角;

沿x轴正方向匀速移动可移动曝光平台,对光刻胶光栅基板扫描曝光,被曝光的光刻胶光栅基板上形成潜像条纹,第一光监测光束的0级反射光与第二光束监测光束-1级反射衍射产生的干涉条纹与光刻胶光栅基板上被曝光产生的潜像条纹重叠产生莫尔条纹,此莫尔条纹信息传输至第一光电探测器,第一光电探测器采集到的条纹中的相位信息反馈至第一声光调制器、第二声光调制器锁定第一曝光光束与第二曝光光束使其相位差;第一光电探测器采集到的条纹中的周期信息反馈至安装有第一空间滤波器的三维压电陶瓷平移台上,锁定采集到的条纹周期;第二光电探测器采集到的光斑信息反馈至安装有第一空间滤波器的三维压电陶瓷平移台上,锁定第一曝光光束与第二曝光光束夹角,始终实时的莫尔条纹作为锁定条纹直至扫描曝光结束。

5.根据权利要求4所述的一种制作米量级光栅的方法,制作光刻胶边参考光栅时,用一块遮光板将光刻胶光栅基板遮挡,移动可移动曝光平台,使第一曝光光束与第二曝光光束形成的干涉条纹位于光刻胶边参考光栅基板上,静台片刻,开始对光刻胶边参考光栅基板曝光,取下光刻胶边参考光栅基板,进行显影,清洗与干燥,形成光刻胶边参考光栅;在原光路中复位,第一曝光光束与第二曝光光束形成的实时干涉条纹与光刻胶边参考光栅重叠,产生莫尔条纹,调节移动可移动曝光平台的姿态,使得莫尔条纹呈水平状态,条纹间隔2cm~3cm。

6.使用权利要求1-3之一所述制作米量级光栅的系统的一种制作米量级光栅的方法,包括

以下步骤:

步骤一,制作光刻胶边参考光栅:用一块遮光板将光刻胶光栅基板遮挡,移动可移动曝光平台,使第一曝光光束与第二曝光光束形成的干涉条纹位于光刻胶边参考光栅基板上,对光刻胶边参考光栅基板曝光,取下光刻胶边参考光栅基板,进行显影,清洗与干燥,形成光刻胶边参考光栅;将刻胶光栅基板在原光路中复位,第一曝光光束与第二曝光光束形成的实时干涉条纹与光刻胶边参考光栅重叠后形成莫尔条纹;

步骤二,制作静止曝光区:撤去遮光板,开始静止曝光,保持可移动曝光平台静止不动,曝光宽度设置为Bstatic=50mm-60mm,将光刻胶边参考光栅的莫尔条纹作为条纹锁定的基准,曝光启动后第一光电探测器实时采集光刻胶边参考光栅的条纹,如果发现实时条纹发生漂移,实时控制第一声光调制器和第二声光调制器,在曝光时间Tstatic期间相位保持不变;曝光结束后在被曝光的区域形成潜像条纹;

步骤三制作过渡曝光区:在静止曝光期间,同时让第一至第二光闸匀速缓慢地沿x轴负方向移动,保持移动速度v=Bstatic/Tstatic,完成后撤出整个光路;过渡曝光区的紧靠静止曝光区的部分将获得的曝光当量从正常的曝光当量缓慢减小至0;静止曝光结束后,此时将光楔衰减板和平行衰减板插进光路,第一监测光束投射到潜像条纹上的0级反射光与第二监测光束板投射到潜像条纹上的-1级反射衍射光形成干涉条纹,该干涉条纹与潜像条纹重叠区形成的潜像莫尔条纹被第一光电探测器记录;用该潜像莫尔条纹作为锁定条纹,扫描曝光后续未曝光区;启动扫描曝光,当可移动曝光平台上开始移动进行扫描曝光时,过渡曝光区域部分将获得的曝光当量从0开始缓慢增加到正常的曝光当量;过渡曝光区域通过两次曝光的组合,曝光当量几乎和正常曝光当量一致;

步骤四,制作正常扫描曝光区:

1)基准莫尔条纹采集过程:待过渡曝光区域完成曝光后,缓慢地沿x轴正方向移动光栅基片,保持移动速度v=Bstatic/Tstatic;

2)栅线周期锁定过程:自准直角度检测组元实时测量光栅基板的绕y轴旋转的偏转角;打开氦氖激光器监测光源,经过自准直扩束系统后正入射在光刻胶光栅基板上,反射光斑沿原光路折回,经光束偏转系统并被第二光电探测器取样,在基片移动前采集反射光斑的位置,作为基准点,可移动曝光平台开始缓慢移动后,实时采集光斑的位置并与基准点实时比较,如果分析出光斑发生漂移则给出反馈信号,控制三维纳米压电陶瓷平移台沿x方向水平移动,带动第一空间滤波器沿x方向水平移动,补偿光栅基板绕y轴旋转的偏转角,始终两束相干光的夹角与光栅基板相对静止;

3)相位与栅线方向锁定过程:第一光电探测器若检测到实时莫尔条纹相同的位置点的光强进发生变化,则说明条纹的相位发生漂移,立即给出反馈信号,控制第一声光调制器和第二声光调制器,将相位补偿,始终保持相位锁定;相位锁定后,进行栅线方向锁定,计算出基准莫尔条纹的平均周期,再实时的莫尔条纹的平均周期,分析出平均周期发生变化时,给出反馈信号,控制三维纳米压电陶瓷平移台沿y轴竖直方向移动,带动第一空间滤波器沿y轴竖直方向移动,实时补偿光栅基板绕z轴旋转的偏向角,始终保持栅线方向一致;

控制光栅基板的移动速度v=Bstatic/Tstatic,始终以刚扫描曝光过的潜像条纹的莫尔条纹来锁定曝光即将扫描的区域,直至光栅基板全部曝光完成。

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