基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统.pdf

本发明公开了一种基于数字微镜器件亚微米制备系统，其特征在于，包括用于形成平行光的光学系统、接收多束平行光并产生多束衍射光的数字微镜器件、将多束衍射光会聚并使其发生相干叠加的成像系统及用于控制数字微镜器件的计算机控制系统，平行光经过数字微镜器件后的各束衍射光会聚并发生相干叠加，并形成最终光刻图案。本发明大大提高了光刻的精度，达到国际最先进水平，并首次制作出了周期为微米以下的二维结构。

1、  一种基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统，其特征在于，包括用于形成平行光的光学系统、接收平行光并产生多束衍射光的数字微镜器件、将多束衍射光会聚并使其发生相干叠加的成像系统及用于控制数字微镜器件的计算机控制系统，平行光经过数字微镜器件后的各束衍射光会聚并发生相干叠加，并形成最终光刻图案。

2、  根据权利要求1所述的基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统，其特征在于，该成像系统包括凸透镜(L1)及非球面镜(L2)，多束衍射光经过凸透镜(L1)聚焦在后焦面上形成点阵，又经过非球面镜(L2)在像平面上复合成像，形成最终光刻图案。

3、  根据权利要求2所述的基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统，其特征在于，凸透镜(L1)的焦距较非球面镜(L2)的焦距大，非球面镜(L2)数值孔径比凸透镜(L1)数值孔径大。

4、  根据权利要求2所述的基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统，其特征在于，该凸透镜(L1)为低通滤波器。

5、  根据权利要求1所述的基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统，其特征在于，该计算机控制系统预设的图形经I/O接口以二进制数字形式输入到设于数字微镜器件上的静态随机存储器，用于控制设于数字微镜器件上镜片的翻转，实现预定衍射光输出。

6、  根据权利要求1所述的基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统，其特征在于，该光学系统包括物镜、小针孔及消色差透镜，半导体激光依次经过物镜、小针孔以及消色差透镜后成为上述平行光。

基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统
技术领域
本发明涉及一种基于数字微镜器件亚微米周期结构制备系统。
背景技术
微纳光子器件通过在波长和亚波长尺度上对光的操控，实现各种各样光操控功能。微纳光子器件制备方法主要有化学自组织生长法、逐点微加工法、光学全息制备法和多步骤组合法。其中光学全息制备法通常采用多光束干涉的方法，形成空间周期排列的光强分布，再作用于感光材料，将空间光强分别刻蚀在材料上，它具有无缺陷、大体积、成本低、效率高、品质好的优点，具有应用于大规模生产的潜力。借鉴于光刻技术多年来的发展经验，特别微小型化技术革命RET(Resolution Enhancement Technology)的影响，光学全息制备法同样在激光光源，光刻胶和光学装置上不断取得进步，周期特征尺度也缩小至十纳米级。但是，光学全息制备法通常采用的是简单的光场合成，也就仅仅能得到于简单周期排列的微纳结构，对于更加复杂和实用的功能性光子晶体和光子器件的制备，需要更多的技术的结合。光学校正，相移掩模和离轴照明成为RET的三大主要技术，通过它们的不断革新，RET使得光刻尺寸不断缩小并紧跟着产业需要，服从和满足摩尔定律，在集成电路制造业中发挥了重要的作用。
数字无掩模光学投影蚀刻是一种新兴的无掩模光刻技术，它通过计算机实时产生一些特殊的数字化图案，并加载在空间光调制器，使得光学投影的图案可以任意调制。常见空间光调制器有液晶显示器件LCD、等离子体显示器件和数字微反射镜器件(DigitalMicromirror Device，DMD)等。而DMD是目前唯一的一种大批量生产的纯数字化空间光调制器。因此数字光学无掩摸光刻技术的研究基本上都是基于DMD空间光调制器的。国内DMD研究主要用于大尺寸的灰度光刻，而在业微米尺度的光刻技术研究还处于起步阶段，相关的研究报告或论文也很少，且一般处于理论研究或数值模拟阶段，所制作结构图案其特征尺寸较大，无法真正满足微光机电系统的要求。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种光刻精度较高的基于数字微镜器件亚微米制备系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于数字微镜器件亚微米制备系统，包括用于形成平行光的光学系统、接收多束平行光并产生多束衍射光的数字微镜器件、将多束衍射光会聚并使其发生相干叠加的成像系统及用于控制数字微镜器件的计算机控制系统，平行光经过数字微镜器件后的各束衍射光会聚并发生相干叠加，并形成最终光刻图案。
该成像系统包括凸透镜及非球面镜，多束衍射光经过凸透镜聚焦在后焦面上形成点阵，又经过非球面镜在像平面上复合成像，形成最终光刻图案。
凸透镜的焦距较非球面镜的焦距大，非球面镜数值孔径比凸透镜数值孔径大。
该凸透镜为低通滤波器。
该计算机控制系统预设的图形经I/O接口以二进制数字形式输入到设于数字微镜器件上的静态随机存储器，用于控制设于数字微镜器件上镜片的翻转，实现预定衍射光输出。
该光学系统包括物镜、小孔光阑及消色差透镜，半导体激光依次经过物镜、小孔光阑以及消色差透镜后成为上述平行光。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明使用数字微镜器件作无掩模光刻制备法，比现有技术制备工艺的最小精度有了较大提高，通过数字微镜器件能提高光能利用率、分辨率、响应速度及工作温度范围，并通过成像系统大大提高了光刻的精度，达到国际最先进水平，并首次制作出了周期为微米以下的二维结构。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种基于数字微镜器件亚微米制备系统，包括用于形成单束平行光的光学系统、接收单束平行光并产生多束衍射光的数字微镜器件DMD、将多束衍射光会聚并使其发生相干叠加的成像系统及用于控制数字微镜器件的计算机控制系统，平行光经过数字微镜器件后的各束衍射光会聚并发生相干叠加，并形成最终光刻图案。
该成像系统包括凸透镜L1及非球面镜L2，多束衍射光经过凸透镜L1聚焦在后焦面上形成点阵，又经过非球面镜L2在像平面上复合成像，形成最终光刻图案。
成像系统是一个4f系统，把DMD上形成的衍射光图案信息设置为二维光栅。平行光照射在DMD后，经衍射分解为向不同方向传播的多束衍射光，每一束衍射光对应一定的空间频率，再经过凸透镜L1分别聚焦在后焦面上形成点阵，这点阵就是光栅的夫琅和费衍射图。然后不同空间频率的衍射光束又经过非球面镜L2重新在像平面上复合成像，形成最终图案并作用在非球面镜L2后焦面上的光刻胶，亦即DMD上的图案信息经过缩小后在光刻胶处重新成像。本实施例中，凸透镜L1使用大焦距、大孔径的透镜，收集尽可能多的衍射级。理论及实验均表明，收集尽可能多的衍射级可以提高成像锐度，过少的衍射级甚至不能成像。非球面镜L2为小焦距、大孔径的非球面镜。其中，凸透镜的焦距较非球面镜的焦距大，非球面镜孔径数值比凸透镜孔径数值大，此结构能有效消除球差，可以大幅度提高成像品质。
该凸透镜为低通滤波器。
该计算机控制系统预设的图形经I/O接口以二进制数字形式输入到设于数字微镜器件上的静态随机存储器，用于控制设于数字微镜器件上镜片的翻转，实现预定衍射光输出。
该光学系统包括物镜、小孔光阑及消色差透镜，波长为532纳米的半导体激光依次经过物镜、小针孔以及消色差透镜后成为上述平行光。
在本发明中，DMD相当于传统光刻中的掩模。一块DMD是由成千上万个微小、可倾斜的铝合金镜片组成，可通过脉冲宽度调制决定每个镜片倾斜在某个方向上为多长时间。镜片可以在一秒内开关256次，即最多可实现256级的灰度像素，这一速度允许数字灰度和颜色再现，实现灰度光刻及全息显示。与常规的数字化空间光调制器相比，数字微镜器件具有更高的光能利用率、分辨率高、响应速度快、工作温度范围大等优点。