专利名称：一种具有图形锁定功能的激光干涉光刻系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，特别涉及ー种用于制造大面积光栅制造的干渉光刻系统。
背景技术：
激光干渉光刻技术是ー种利用两束或者多束激光干涉产生的周期性图形曝光感光基底制造微纳阵列器件的重要技术，主要应用于特征尺寸低于亚波长的孔阵、点阵、柱阵、光栅、微透镜阵列等器件的制造，这些微阵列器件在国防、民生、科研等领域具有广泛应用。近年来，随着大型天文望远镜、惯性约束核聚变激光点火系统、光刻系统等重大工程系统中的关键光栅器件对尺寸、栅线密度、精度要求的不断提高，光栅制造正在向米级尺寸、纳米级精度、亚万级栅线密度的量级迈进，大面积高精度密栅线光栅的制造成为了光栅制造领域的亟需解决的热点问题。传统光栅制造技术主要包括机械刻划、激光直写、机械拼接等，机械刻划存在大面积制造精度低、加工周期长、制造的光栅存在鬼线等缺点，激光直写也存在大面积制造精度低、加工周期长等缺点，机械拼接则存在拼接精度差、拼接过程复杂、成本昂贵等缺点，因此传统制造技术难以实现上述量级光栅的制造。激光干渉光刻技术或全息光刻技术则在上述量级光栅制造方面具有大面积制造栅线密精度高、加工周期短等优势，因此激光干渉光刻技术逐步成为大面积高精度光栅制造技术的主流技木。适用于大面积高精度光栅制造的干渉光刻技术的难点在于干涉光刻系统的研发，而高精度干渉光刻系统具有很大的研发难度。针对高精度干渉光刻系统的研发，世界上著名的光栅制造系统公司及研究机构展开了一系列的研究，研究主要集中于高精度干渉光刻系统，研究成果在诸多专利中均有揭露。麻省理工学院美国专利US5，142，385公开了ー种激光干涉光刻系统，该光刻系统利用两束空间滤波器出射的大尺寸光束形成大面积干涉图形曝光基底实现大面积光栅制作，该系统中干涉图形具有较大的图形非线性误差；同时，为防止系统干涉图形相位漂移引起误差，该光刻系统列举了ー种图形相位锁定装置用于光栅图形锁定，该装置通过采样干涉光束至两个光电探测器及处理电路实现图形相位检测，检测的相位反馈至控制器控制相位调制器调制相位实现图形锁定；然而该装置中的相位測量易受干扰、精度低，加之电光调制器的相位调制速度慢、调节精度低、调制范围窄，该装置难以满足高精度条纹锁定要求。麻省理工学院在另一美国专利US6，882，477B1中公开了ー种扫描激光干涉光刻系统，该光刻系统利用两束经准直后的小尺寸光束干渉形成干涉图形曝光作步进扫描运动的基底实现大面积光栅制作，经准直后的小尺寸光束干涉有效的消除了干涉图形的相位非线性误差；同时，为防止系统干涉图形相对于运动的基底平台发生相位漂移引起误差，该光刻系统列举了一种基于外差測量原理的图形锁定装置，该装置通过在干渉光路中布置三个声光调制器产生外差相位测量的频差，利用光束采样器采样干渉光束至外差相位计进行图形相位检测，检测的相位反馈至控制器控制声光调制器调制相位实现图形锁定；该装置具有高速、高精等图形相位锁定优点特点，但图形锁定装置使扫描干渉光刻系统过于复杂，大大增加了系统的装调难度，同时声光调制器通过移频进行相位调制易引起光刻系统干涉角度的变化且影响干涉光束的相干性而影响光刻系统性能。中国科学院光电技术研究所在公开号CN1731283A、CN1690857A、CN1752847A等中国专利中公开了多种激光干渉光刻系统，但干渉光刻系统中均不存在干涉图形相位锁定装置，这使得公开的干渉光刻系统难以实现高精度光栅的制作。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所在公开号CN1544994A、CN101718884A、CN101793988A等中国专利中公开了仅公开了全息光刻系统的光路调整及栅线密度调整方法，未发现对干渉系统及图形锁定相关论述。苏州苏大维格光电科技股份有限公司在公开号CN101846890中国专利中公开了ー种并行式干渉光刻系统，光刻系统利用光栅分光和透镜合光，但干涉光刻系统中也不存在干涉图形相位锁定装置，因此该激光干渉光刻系统也难以实现大面积高精度光栅的制作。考虑到上述技术方案的局限，寻求ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，该光刻系统具有一种基于零差相位测量的图形相位锁定装置，该装置可极大的抑制零差相位測量扰动，实现高速、高精相位測量及光束相位调制，同时采用该装置的干渉光刻系统结构形式简洁且相位调制不影响光刻系统性能，最终实现干涉光刻系统整体性能的提升。
发明内容
本发明的目的是提供ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，该干涉光刻系统能够实现很高的干涉图形锁定精度，结构形式简洁。本发明的技术方案如下:ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，包括激光器、分光镜、反射镜、分束器、基底台和基底；激光器出射的激光经分光镜后分为曝光光束和參考光束，曝光光束经分束器后分为两束干渉曝光光束，两束干渉曝光光束经反射镜反射后在基底台承载的基底上实现合光干渉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；其特征在于:所述系统还包括ー个图形锁定系统，该图形锁定系统包括第一光束采样器、第二光束采样器、第一零差相位计、第二零差相位计、电子信号处理部件、控制器、驱动器和相位调制执行器，第一零差相位计与第二零差相位计具有相同的光学结构；所述的第一光束采样器和第二光束采样器位于靠近基底处的两束曝光干渉光路上，第一光束采样器和第二光束采样器各采取两束干渉光路上的一部分光形成第一测量光和第二测量光，參考光束经折反光路传播或光纤传播后分光形成第一參考光和第二參考光，第一测量光和第一參考光分别从两个入口入射至第一零差相位计，第二測量光和第二參考光分别从两个入口入射至第二零差相位计，入射的光信号分别经两个零差相位计处理后，输出包含干涉条纹相位信息的电信号，电信号经电子信号处理部件后输入至控制器，控制器输出控制信号至驱动器，驱动器驱动相位调制执行器；当干渉光刻系统的图形发生漂移时，利用该图形锁定系统控制图形漂移实现图形锁定。本发明的技术特征还在于:所述基底台相对于干涉图形运动，由设置在基底台上的位移測量装置检测基底台的运动位移并反馈至控制器，控制器对两个零差相位计与位移測量装置的反馈信息进行处理，同时控制相位调制执行器和基底台实现干涉图形相对于运动的基底台锁定。本发明所述的第一測量光和第一參考光在第一零差相位计中传播光路有以下几种方案:第一种:本发明所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一测量光经第一四分之一波片、分光镜后一束透射，另一束反射；第一參考光经第二四分之一波片、第一分光镜后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一测量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜后，透射的P光入射至第一光电探测器，反射的s光入射至第二光电探测器；第二束合光经半波片、第二偏振分光镜后，透射的P光入射至第三光电探测器，反射的s光入射至第四光电探测器；经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件。第二种:本发明所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一測量光经分光镜后一束透射，另一束反射；第一參考光经分光镜后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一四分之一波片、第一偏振分光镜后，透射的P光入射至第一光电探测器，反射的s光入射至第二光电探测器；第二束合光经第二四分之一波片、第三四分之一波片、第二偏振分光镜后，透射的P光入射至第三光电探 测器，反射的s光入射至第四光电探测器；经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件。第三种:本发明所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一測量光经第一半波片、分光镜后一束透射，另一束反射 ，第一参考光经第二半波片、分光镜后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一测量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜后，透射的P光入射至第一光电探测器，反射的s光入射至第二光电探测器；第二束合光经四分之一波片、第二偏振分光镜后，透射的P光入射至第三光电探測器，反射的S光入射至第四光电探测器；经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件。第四种:本发明所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一测量光经第一四分之一波片、分光镜后一束透射、另一束反射；第一參考光经第二四分之一波片、分光镜后一束透射、另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第ニ束合光；第一束合光经第一沃拉斯顿棱镜后分为两束，分别入射至第一光电探测器和第ニ光电探测器；第二束合光经第二沃拉斯顿棱镜后分为两束，分别入射至第三光电探测器和第四光电探测器；经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元。第五种:本发明所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一測量光经分光镜后一束透射、另一束反射；第一參考光经分光镜后一束透射、另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一测量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经检偏器至第一光电探测器；第二束合光经四分之一波片、偏振分光镜后，透射的P光入射至第二光电探测器，反射的s光入射至第三光电探测器；经三个光电探测器转换后形成三路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元。第六种:本发明所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计的两个入ロ入射，传播光路为:第一测量光偏振分光镜后透射，第一參考光经偏振分光镜后反射，实现第一测量光、第一參考光合光；合光束经四分之一波片、第一分光镜后分为两束，其中一束经第一检偏器后入射至第一光电探测器，另一束经第二分光镜后，一束透射，一束反射，其中反射光经第二检偏器后入射至第二光电探测器，透射光经反射棱镜、第三检偏器后入射至第三光电探测器；经三个光电探测器转换后形成三路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元。本发明所述的相位调制执行器采用电光调制器、微电机驱动反射镜座或光栅相位调制器。本发明所述的光栅相位调制器采用圆形光栅相位调制器，所述的圆形光栅相位调制器包括圆形基板、环形光柵、旋转电机和光栅定位器；环形光栅沿圆周方向安装于圆形基板上，且至少安装一条环形光柵；旋转电机的输出轴与圆形基板相连接，光栅定位器安装于圆形基板上。本发明所述的光栅相位调制器采用矩形光栅相位调制器，所述的矩形光栅相位调制器包括矩形基板、矩形光栅、直线电机和光栅定位器；矩形光栅沿长度方向安装于矩形基板上，且至少安装一条矩形光柵；直线电机的动子或定子与矩形基板相连接，光栅定位器安装于矩形基板上。本发明所提供的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统具有以下优点及突出性效果:具有很高的图形锁定精度及图形锁定速度，能够有效地抑制光刻阶段图形相位漂移引起的制造误差；能够实现光刻图形闻速、闻精的锁定于闻速运动的基底台上；同时，系统具有很好的图形质量、结构形式简洁、易于装调，是实现大面积、高精度、密栅线光栅制造的优良系统。
图1为本发明第一种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统示意图；图2为本发明第二种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统示意图；图3为本发明第三种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统示意图；图4为本发明第四种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统示意图；图5为本发明的第一零差相位计的第一种传播光路示意图。图6为本发明的第一零差相位计的第二种传播光路示意图。图7为本发明的第一零差相位计的第三种传播光路示意图。图8为本发明的第一零差相位计的第四种传播光路示意图。图9为本发明的第一零差相位计的第五种传播光路示意图。图10为本发明的第一零差相位计的第六种传播光路示意图。图11为本发明第一种圆形光栅相位调制器实施例示意图。图12为本发明第二种圆形光栅相位调制器实施例示意图。图13为本发明第一种矩形光栅相位调制器实施例示意图。
图14为本发明第二种矩形光栅相位调制器实施例示意图。图中，I一激光器；2—分束器；3—基底台，31—位移测量装置；4一基底；5a —第一光束米样器，5b—第二光束米样器；6a—第一零差相位计，6b—第二零差相位计；61—分光镜,61a—第一分光镜,61b—第二分光镜；62—四分之一波片,62a—第一四分之一波片，62b—第二四分之一波片；63—偏振分光镜,63a—第一偏振分光镜,63b—第二偏振分光镜；64一半波片,64a—第一半波片,64b—第二半波片；65a—第一光电探测器，65b一第二光电探测器，65c一第三光电探测器,65d一第四光电探测器；66a—第一沃拉斯顿棱镜,66b—第ニ沃拉斯顿棱镜；67—检偏器,67a—第一检偏器,67b—第二检偏器,67c—第三检偏器；68—反射棱镜；7—电子信号处理部件；8—控制器；9ー驱动器；10—相位调制执行器；11 一光栅相位调制器，111 一光栅定位器；12—圓形光栅相位调制器，121—圓形基板，122—环形光栅，123一旋转电机；13—矩形光栅相位调制器，131-矩形基板，132一矩形光栅，133一直线电机。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施方式作进ー步地详细描述。请參考图1，图1为本发明第一种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统示意图。如图1所示，该激光干涉光刻系统包括激光器1、分光镜、反射镜、分束器2、基底台3和基底4 ;激光器I出射的激光经分光镜后分为曝光光束和參考光束，曝光光束经分束器2后分为两束干渉曝光光束，两束干渉曝光光束经反射镜在基底台3承载的基底4上实现合光干渉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移。该激光干渉系统还包括ー个图形锁定系统，该图形锁定系统包括第一光束米样器5a、第二光束米样器5b、第一零差相位计6a、第二零差相位计6b、电子信号处理部件7、控制器8、驱动器9、相位调制执行器10，第一零差相位计6a与第二零差相位计6b具有相同的光学结构；所述的第一光束米样器5a和第二光束米样器5b位于靠近基底处的两束曝光干涉光路上,第一光束米样器5a和第二光束米样器5b各采取两束干渉光路上的一部分光形成第一測量光和第二測量光，參考光束经折反光路传播或光纤传播后分光形成第一參考光和第二參考光，第一测量光和第一參考光分别从两个入ロ入射至第一零差相位计6a，第二測量光和第二參考光分别从两个入ロ入射至第二零差相位计6b，入射的光信号分别经两个零差相位计处理后，输出包含干涉条纹相位信息的电信号，电信号经电子信号处理部件7后输入至控制器8，控制器8输出控制信号至驱动器9，驱动器9驱动相位调制执行器10 ;当干渉光刻系统的图形发生漂移时，利用该图形锁定系统控制图形漂移实现图形锁定。请參考图2，图2为本发明第二种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统示意图。如图2所示，激光干渉光刻系统的基底台3相对于干涉图形运动，一般为步进扫描式运动；基底台3的运动位移由位移測量装置31反馈至控制器9中，控制器9通过处理两个零差相位计6与位移測量装置31的反馈信息，同时控制相位调制执行器10和基底台4实现干渉图形相对于运动基底台3的锁定，该激光干渉光刻系统特别适用于扫描曝光基底实现大面积高精度光栅的制造。请參考图3，图3为本发明第三种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统示意图。如图3所示，干渉光刻系统的參考光束利用光纤传播和分束，采用光纤的优点在于參考光束不受外界环境影响，有助于提高系统相位測量精度和简化系统结构。请參考图4，图4为本发明第三种激光干渉光刻系统示意图。如图4所示，干渉光刻系统的基底台3相对于干涉图形运动，且光刻系统的參考光束利用光纤传播和分束，系统采用这种结构的优点在于能够提高系统的图形锁定精度和简化系统结构，该干渉光刻系统能通过扫描曝光基底实现大面积高精度光栅的制造。请參考图5，图5为本发明的第一零差相位计的第一种传播光路示意图。如图5所不，第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计6a的两个入口入射,传播光路为:第一測量光经第一四分之一波片62a、分光镜61后一束透射，另一束反射；第一參考光经第ニ四分之一波片62b、第一分光镜61后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一测量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜63a后,透射的p光入射至第一光电探测器65a,反射的s光入射至第二光电探测器65b ;第二束合光经半波片64、第二偏振分光镜63b后,透射的P光入射至第三光电探测器65c，反射的s光入射至第四光电探测器65d ;经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件7。该零差相位计采用四路正交信号获取相位信息，能够抑制直流漂移带来的測量扰动，提高相位測量精度，从而提闻图形锁定精度。请參考图6，图6为本发明的第一零差相位计的第二种传播光路示意图。如图6所不，第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计6a的两个入口入射,传播光路为:第一測量光经分光镜61后一束透射，另一束反射；第一參考光经分光镜61后一束透射，另ー束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一四分之一波片62a、第一偏振分光镜63a后,透射的p光入射至第一光电探测器65a,反射的s光入射至第二光电探测器65b ;第二束合光经第二四分之一波片62b、第三四分之一波片62c、第二偏振分光镜63b后，透射的P光入射至第三光电探测器65c，反射的s光入射至第四光电探测器65d ;经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件7。该零差相位计与图5中的具有相同效果，不同的是结构布置形式。请參考图7，图7为本发明的第一零差相位计的第三种传播光路示意图。如图7所不，第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计6a的两个入口入射,传播光路为:第ー测量光经第一半波片64a、分光镜61后一束透射,另一束反射；第一參考光经第二半波片64b、分光镜61后一束透射,另一束反射；第一测量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜63a后,透射的p光入射至第一光电探测器65a,反射的s光入射至第二光电探测器65b ;第二束合光经四分之一波片62、第二偏振分光镜63b后,透射的p光入射至第三光电探测器65c，反射的s光入射至第四光电探测器65d;经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件7。该零差相位计与图5、6中的具有相同效果，但采用了不同的偏振器件和光学结构布置形式。请參考图8，图8为本发明的第一零差相位计的第四种传播光路示意图。如图8所示，所述的第一測量光和第一參考光分别从第一零差相位计6的两个入口入射，传播光路为:第一測量光经第一四分之一波片62a、分光镜61后一束透射、另一束反射；第一參考光经第二四分之一波片62b、分光镜61后一束透射、另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一测量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一沃拉斯顿棱镜66a后分为两束,分别入射至第一光电探测器65a和第二光电探测器65b ;第二束合光经第二沃拉斯顿棱镜66b后分为两束，分别入射至第三光电探测器65c和第四光电探测器65d ;经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元7。该零差相位计与图5、6、7中的具有相同效果，但由于采用了沃拉斯顿棱镜而使光学结构较为简洁。请參考图9，图9为本发明的第一零差相位计的第五种传播光路示意图。如图9所不，第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计6a的两个入口入射,传播光路为:第一測量光经分光镜61后一束透射、另一束反射；第一參考光经分光镜61后一束透射、另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经检偏器67至第一光电探测器65a ;第二束合光经四分之一波片62、偏振分光镜63后,透射的p光入射至第二光电探测器65b，反射的s光入射至第三光电探测器65c ;经三个光电探测器转换后形成三路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元7。该零差相位计采用三路正交信号获取相位信息，同样能够抑制直流漂移带来的測量扰动，提高相位測量精度，与四路正交信号不同的是需特殊设计三路正交信号的电子信号处理部件，三路测量结构虽简化了光学结构，但结构不对称性将引入测量误差。请參考图10，图10为本发明的第一零差相位计的第六种传播光路示意图。如图10所不，第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计6a的两个入口入射,传播光路为:第一测量光偏振分光镜63后透射,第一參考光经偏振分光镜63后反射,实现第一测量光、第一參考光合光；合光束经四分之一波片62、第一分光镜61a后分为两束，其中一束经第一检偏器67a后入射至第一光电探测器65a,另一束经第二分光镜61b后,一束透射,一束反射，其中反射光经第二检偏器67b后入射至第二光电探测器65b,透射光经反射棱镜68、第三检偏器67c后入射至第三光电探测器65c ;经三个光电探测器转换后形成三路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元7。该零差相位计同为三路结构，可获取较高的測量精度，与图9中的不同之处采用了不同的光学元件及光学布置结构，结构上更为对称。请參考图11，图11为本发明第一种圆形光栅相位调制器实施例示意图。如图11所示，光栅相位调制器11采用圆形光栅相位调制器12，圆形光栅相位调制器12包括圆形基板121、环形光栅122、旋转电机123和光栅定位器111 ;环形光栅122沿圆周方向安装于圆形基板121上，该实施例中仅安装一条环形光栅122(为清晰表示环形光柵，图11中将环形光栅栅距放大)；旋转电机123的输出轴与圆形基板121相连接，光栅定位器111安装于圆形基板121上，可沿圆形基板121的径向定位光束的入射位置。当光束入射至环形光栅122上吋，发生衍射(通常选用I级或-1级闪耀衍射)，环形光栅122转动时，衍射光发生移频而实现相位调制。请參考图12，图12为本发明第二种圆形光栅移相器实施例示意图，环形光栅122沿径向具有三条光栅(为清晰表示环形光柵，图12中将环形光栅栅距放大)，光栅定位器111移动圆形基板121使光束入射至不同的光栅环带上，能够实现不同的调制速度。请參考图13，图13为本发明第一种矩形光栅相位调制器实施例示意图。如图11所示，光栅相位调制器11采用矩形光栅相位调制器13，矩形光栅相位调制器13包括矩形基板131、矩形光栅132、直线电机133和光栅定位器111 ;矩形光柵132沿长度方向安装于矩形基板131上，该实施例中仅安装一条矩形光栅132(为清晰表示环形光柵，图13中将矩形光栅栅距放大)；直线电机133的动子或定子与矩形基板131相连接，光栅定位器111安装于矩形基板131上，可沿矩形基板131的宽度方向定位光束的入射位置。当光束入射至矩形光栅132上吋，发生衍射(通常选用I级或-1级闪耀衍射)，矩形光栅132移动时，衍射光发生移频而实现相位调制。请參考图14，图14为本发明第二种矩形光栅相位调制器实施例示意图，矩形光栅132沿长度方向具有三条光栅(为清晰表示环形光柵，图14中将矩形光栅栅距放大)，光栅定位器111移动矩形基板131使光束入射至不同的光栅环带上，能够实现不同的调制速度。
权利要求
1.一种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，包括激光器(I)、分光镜、反射镜、分束器(2)、基底台(3)和基底(4);激光器(I)出射的激光经分光镜后分为曝光光束和參考光束，曝光光束经分束器(2)后分为两束干渉曝光光束，两束干渉曝光光束经反射镜反射后在基底台(3)承载的基底(4)上实现合光干渉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；其特征在于:所述系统还包括ー个图形锁定系统，该图形锁定系统包括第一光束采样器(5a)、第二光束采样器(5b)、第一零差相位计(6a)、第二零差相位计(6b)、电子信号处理部件(7)、控制器(8)、驱动器(9)和相位调制执行器(10)，第一零差相位计(6a)与第二零差相位计(6b)具有相同的光学结构；所述的第一光束米样器(5a)和第二光束米样器(5b)位于靠近基底处的两束曝光干涉光路上，第一光束米样器(5a)和第二光束米样器(5b)各米取两束干渉光路上的一部分光形成第一測量光和第二測量光，參考光束经折反光路传播或光纤传播后分光形成第一參考光和第二參考光，第一测量光和第一參考光分别从两个入ロ入射至第一零差相位计(6a)，第二測量光和第二參考光分别从两个入口入射至第二零差相位计(6b)，入射的光信号分别经两个零差相位计处理后，输出包含干涉条纹相位信息的电信号，电信号经电子信号处理部件(7)后输入至控制器(8)，控制器(8)输出控制信号至驱动器(9)，驱动器(9)驱动相位调制执行器(10);当干渉光刻系统的图形发生漂移时，利用该图形锁定系统控制图形漂移实现图形锁定。
2.根据权利要求1所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述基底台(3)相对于干涉图形运动，由设置在基底台(3)上的位移測量装置(31)检测基底台(3)的运动位移并反馈至控制器(8)，控制器(8)对两个零差相位计与位移測量装置(31)的反馈信息进行处理，同时控制相位调制执行器(10)和基底台(3)实现干涉图形相对于运动的基底台(3)锁定。
3.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经第一四 分之一波片(62a)、分光镜(61)后一束透射,另一束反射 ，第一參考光经第二四分之一波片(62b)、第一分光镜(61)后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜(63a)后,透射的p光入射至第一光电探測器(65a)，反射的s光入射至第二光电探测器(65b);第二束合光经半波片(64)、第二偏振分光镜(63b)后,透射的p光入射至第三光电探测器(65c),反射的s光入射至第四光电探測器(65d);经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件(7)。
4.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经分光镜(61)后一束透射,另一束反射；第一參考光经分光镜(61)后一束透射，另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一四分之一波片(62a)、第一偏振分光镜(63a)后,透射的p光入射至第一光电探测器(65a),反射的s光入射至第二光电探测器(65b);第二束合光经第二四分之一波片(62b)、第三四分之一波片(62c)、第二偏振分光镜(63b)后,透射的p光入射至第三光电探测器(65c),反射的s光入射至第四光电探测器(65d);经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件(7)。
5.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经第一半波片(64a)、分光镜(61)后一束透射,另一束反射；第一參考光经第二半波片(64b)、分光镜(61)后一束透射,另一束反射；第一测量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经第一偏振分光镜(63a)后,透射的p光入射至第一光电探测器(65a),反射的s光入射至第二光电探测器(65b);第二束合光经四分之一波片(62)、第二偏振分光镜(63b)后，透射的p光入射至第三光电探测器(65c)，反射的s光入射至第四光电探测器(65d);经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理部件(7)。
6.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经第一四分之一波片(62a)、分光镜(61)后一束透射、另一束反射；第一參考光经第二四分之一波片(62b)、分光镜(61)后一束透射、另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一測量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光； 第一束合光经第一沃拉斯顿棱镜(66a)后分为两束，分别入射至第一光电探测器(65a)和第二光电探测器(65b);第二束合光经第二沃拉斯顿棱镜(66b)后分为两束，分别入射至第三光电探测器(65c)和第四光电探测器(65d);经四个光电探测器转换后形成四路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元(7)。
7.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光经分光镜(61)后一束透射、另一束反射；第一參考光经分光镜(61)后一束透射、另一束反射；第一測量光的反射光和第一參考光的透射光形成第一束合光，第一测量光的透射光和第一參考光的反射光形成第二束合光；第一束合光经检偏器(67)至第一光电探测器(65a);第二束合光经四分之一波片(62)、偏振分光镜(63)后,透射的p光入射至第二光电探测器(65b)，反射的s光入射至第三光电探测器(65c);经三个光电探测器转换后形成三路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元(7)。
8.根据权利要求1或2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的第一测量光和第一參考光分别从第一零差相位计(6a)的两个入口入射,传播光路为:第一测量光偏振分光镜(63)后透射,第一參考光经偏振分光镜(63)后反射,实现第ー测量光、第一參考光合光；合光束经四分之一波片(62)、第一分光镜(61a)后分为两束，其中一束经第一检偏器(67a)后入射至第一光电探测器(65a),另一束经第二分光镜(61b)后，一束透射，一束反射，其中反射光经第二检偏器(67b)后入射至第二光电探测器(65b),透射光经反射棱镜(68)、第三检偏器(67c)后入射至第三光电探测器(65c);经三个光电探测器转换后形成三路相位相差90°的余弦电信号，输入至电子信号处理单元(7)。
9.根据权利要求1和2所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的相位调制执行器(10)采用电光调制器、微电机驱动反射镜座或光栅相位调制器(11)。
10.根据权利要求9所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的光栅相位调制器(11)采用圆形光栅相位调制器(12)，所述的圆形光栅相位调制器(12)包括圆形基板(121)、环形光栅(122)、旋转电机(123)和光栅定位器(111);环形光栅(122)沿圆周方向安装于圆形基板(121)上，且至少安装一条环形光栅(122);旋转电机(123)的输出轴与圆形基板(121)相连接，光栅定位器(111)安装于圆形基板(121)上。
11.根据权利要求9所述的ー种具有图形锁定功能的激光干渉光刻系统，其特征在于:所述的光栅相位调制器(11)采用矩形光栅相位调制器(13)，所述的矩形光栅相位调制器(13)包括矩形基板(131)、矩形光栅(132)、直线电机(133)和光栅定位器(111);矩形光栅(132)沿长度方向安装于矩 形基板(131)上，且至少安装一条矩形光栅(132);直线电机(133)的动子或定子与矩形基板(131)相连接，光栅定位器(111)安装于矩形基板(131)上。
全文摘要
一种具有图形锁定功能的激光干涉光刻系统，包括激光器、反射镜、分束器、基底台、基底和图形锁定装置；激光器出射的激光经分光镜分为曝光光束和参考光束，曝光光束经分束器后利用反射镜折光在基底台承载的基底上实现干涉，干涉图形通过曝光基底实现图形记录转移；为防止曝光期间图形漂移，光刻系统利用图形锁定装置进行图形锁定。图形锁定装置包括零差相位计、电子信号处理部件、控制器、驱动器、相位调制执行器，零差相位计测量图形相位漂移，经电子信号处理部件反馈至控制器，控制器经驱动器控制相位调制执行器实现相位锁定。该激光干涉光刻系统具有结构简洁、图形锁定精度高等优点，是实现大面积高精度光栅制造的关键系统。
文档编号G02B26/06GK103092002SQ20131001780
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者张鸣, 朱煜, 王磊杰, 刘召, 杨开明, 胡金春, 尹文生, 穆海华, 胡楚雄, 徐登峰, 成荣 申请人:清华大学