專利名稱：延長焦深的并行激光直寫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光直寫技術(shù)，特別是一種延長焦深的并行激光直寫裝置。
背景技術(shù)：
激光直寫是一種可以實(shí)現(xiàn)亞波長、大面積和任意圖案分布的低成本無掩模光刻技術(shù)。相比于有掩模光刻技術(shù)，激光直寫不需要復(fù)雜昂貴的光刻機(jī)及配套的檢測設(shè)備；相比于傳統(tǒng)的激光微納加工技術(shù)，激光直寫也不需要成本高昂的大功率激光器如飛秒激光器，只需要連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器即可。只要所采用的聚焦物鏡數(shù)值孔徑足夠大、波長足夠短， 激光直寫技術(shù)就可以輕易實(shí)現(xiàn)亞微米量級的光刻線寬。更重要的是，激光直寫技術(shù)從原則上來講，可以實(shí)現(xiàn)任意大面積的直寫圖案。事實(shí)上，由于其固有的特點(diǎn)即單點(diǎn)掃描，激光直寫的速率一直是約束其大范圍應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)大面積光刻圖案的關(guān)鍵因素。除了其固有的單點(diǎn)掃描的原因，影響激光直寫速率和激光直寫光刻圖案面積的另一個重要的因素在于其有限的焦深。眾所周知，光學(xué)系統(tǒng)的分辨率R和焦深DOF與系統(tǒng)成像透鏡的數(shù)值孔徑NA緊密相關(guān)的，即Ra λ/NA，而成像系統(tǒng)的焦深DOF oc λ/ΝΑ2。在波長一定的情況下，一方面，要提高激光直寫的分辨本領(lǐng)，就必須提高系統(tǒng)的數(shù)值孔徑ΝΑ。然而，數(shù)值孔徑的提高，就意味著系統(tǒng)的焦深的急劇減小。焦深的急劇減小，就對自聚焦伺服系統(tǒng)提出了一個嚴(yán)峻的考驗(yàn)。一方面，在掃描速率不變的前提下，就需要進(jìn)一步提高自聚焦系統(tǒng)的響應(yīng)速率和聚焦精度。然而，聚焦伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速率通常有其本身固有的限制，這進(jìn)一步限制了直寫掃描速率的提高。同時，如果自聚焦響應(yīng)速率跟不上或聚焦精度不夠，就會出現(xiàn)離焦。一旦離焦，聚焦光斑會變大，分辨率下降，而且自聚焦響應(yīng)速率不夠還會造成聚焦物鏡沿軸向高度上下波動， 這會導(dǎo)致光刻條紋曝光不均勻等一系列問題。而另一方面，如果我們需要大的焦深，要不得不降低系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，這樣就不得不犧牲其分辨本領(lǐng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種延長焦深的并行多路激光直寫裝置，以大幅度提高激光直寫裝置的直寫速率和增大直寫光刻面積。本發(fā)明的基本思想是利用一種軸對稱的三區(qū)位相延遲板和一個IXN達(dá)曼光柵， 在不犧牲光刻分辨率的前提下，將傳統(tǒng)的激光直寫速率提高了 N倍，同時焦深增大為原先的2倍以上。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種延長焦深的并行激光直寫裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括輸出平面激光束的激光器，沿該平面激光束方向依次是IXN達(dá)曼光柵、第一透鏡、振幅型空間濾波板、第二透鏡、反射鏡、孔徑光闌、延長焦深相位延遲板、聚焦物鏡、自聚焦伺服系統(tǒng)和二維移動平臺， 所述的振幅型空間濾波板位于所述的第一透鏡和第二透鏡的共焦平面上，所述的反射鏡與所述的平面激光束成45°，N為所述的達(dá)曼光柵的最大的衍射級次，為2以上的正整數(shù)，所述的延長焦深位相延遲板的位置是所述的達(dá)曼光柵在共焦透鏡組后方共軛距離處，并滿足下列關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種延長焦深的并行激光直寫裝置，特征在于其構(gòu)成包括輸出平面激光束(001) 的激光器，沿該平面激光束(001)方向依次是IXN達(dá)曼光柵(100)、第一透鏡001)、振幅型空間濾波板003)、第二透鏡002)、反射鏡(300)、孔徑光闌000)、延長焦深相位延遲板 (500)、聚焦物鏡(600)、自聚焦伺服系統(tǒng)(700)和二維移動平臺(800)，所述的振幅型空間濾波板(20 位于所述的第一透鏡O01)和第二透鏡Q02)的共焦焦平面上，所述的反射鏡(300)與所述的平面激光束(001)成45°，N為所述的達(dá)曼光柵(100)的最大的衍射級次，為2以上的正整數(shù)，所述的延長焦深位相延遲板(500)的位置是所述的達(dá)曼光柵(100) 在共焦透鏡組后方共軛距離處，并滿足下列關(guān)系
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的延長焦深的多路并行激光直寫裝置，其特征在于所述的延長焦深的位相延遲板(500)為中心對稱的同心三區(qū)二元位相結(jié)構(gòu)，位相從內(nèi)到外依次0、π、0 相間分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的延長焦深的多路并行激光直寫裝置，其特征在于所述的延長焦深的位相延遲板(500)的三區(qū)歸一化半徑與聚焦物鏡的數(shù)值孔徑相關(guān)，對于不同的數(shù)值孔徑，其數(shù)值需重新優(yōu)化，對于NA = 0. 9，其三區(qū)歸一化半徑依次為巧=0. 3377，r2 = 0. 9560，r3 = 1。
全文摘要
一種延長焦深的并行激光直寫裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括輸出平面激光束的激光器，沿該平面激光束方向依次是1×N達(dá)曼光柵、第一透鏡、振幅型空間濾波板、第二透鏡、反射鏡、孔徑光闌、延長焦深相位延遲板、聚焦物鏡、自聚焦伺服系統(tǒng)和二維移動平臺。本發(fā)明裝置可以顯著提高激光直寫裝置的加工速率，可以明顯降低對聚焦伺服系統(tǒng)的要求，進(jìn)一步提高了激光直寫速率和增大了激光直寫的光刻面積。在低成本、高速大面積激光直寫方面有重要的實(shí)用價值。
文檔編號B23K26/06GK102338989SQ201110187540
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者余俊杰, 周常河, 曹武剛, 王少卿, 賈偉, 麻健勇 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所