專利名稱：高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法及制作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微光學(xué)器件制作領(lǐng)域，具體涉及一種微光學(xué)器件的高分辨率并行直寫制作方法及由該方法所設(shè)計的制作系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光直寫技術(shù)是隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展而于20世紀(jì)80年代中期提出的，雖然歷史并不很長，但卻取得了長足的進(jìn)步。在90年代初，激光直寫系統(tǒng)開始廣泛應(yīng)用于微光學(xué)器件的制作，大大提高了微光學(xué)器件的性能，為微光學(xué)技術(shù)的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
現(xiàn)有的較為成熟的激光直寫系統(tǒng)大都是逐點(diǎn)曝光式的，其直寫焦斑大小為微米級，所能實(shí)現(xiàn)的最小特征尺寸亦只能達(dá)到微米級。由于激光束橫截面光強(qiáng)的高斯分布特性，使得加工出的微光學(xué)器件表面比較粗糙。再者，其掃描線間距的典型值為1μm左右，寫入速度通常為10mm/s左右，完成一個10mm圓片的曝光需要1～2小時，寫入速度很慢。此外，準(zhǔn)分子激光燒蝕法、激光淀積和刻蝕法雖可歸入激光直寫系列，但前者制作光學(xué)器件時分辨率較低，后者制作工藝復(fù)雜、成本較高，二者均未得到廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種采用逐個圖形進(jìn)行曝光的面曝光方式，使其具有內(nèi)在的并行特性，大大提高了微光學(xué)器件的制作速度和精度，縮短生產(chǎn)周期，特征尺寸可達(dá)到微米及亞微米量級，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單可靠，生產(chǎn)成本低的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法及制作系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。
本發(fā)明的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法，其特征在于它是將電尋址空間光調(diào)制器，通過導(dǎo)線與計算機(jī)相連，由計算機(jī)輸入和控制圖形信號，平行光束垂直射向電尋址空間光調(diào)制器，電尋址空間光調(diào)制器對光束進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，并采用時間細(xì)分法對光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，經(jīng)調(diào)制的光束經(jīng)傅里葉變換透鏡和物鏡組合的高精縮倍率光學(xué)系統(tǒng)，將電尋址空間光調(diào)制器上顯示的灰階圖形精縮成像于置于二維精密位移平臺之上的涂有光刻膠的基片上，對基片上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光，通過移動二維精密位移平臺，并由計算機(jī)控制同步切換電尋址空間光調(diào)制器上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片進(jìn)行曝光，再對基片進(jìn)行包括顯影、清洗及堅膜等光刻處理工序。
所述時間細(xì)分法為(1).將單次曝光時間T細(xì)分為M(M為時間細(xì)分倍數(shù)，為大于等于2的整數(shù))個間隔ΔT，ΔT＝T/M；(2).由計算機(jī)控制不同像元顯示預(yù)定灰階值的時間為t1，且t1為ΔT的整數(shù)倍，即t1＝m×ΔT；m為時間細(xì)分?jǐn)?shù)，m為大于等于1、小于等于M的整數(shù)；(3).由計算機(jī)控制不同像元顯示0灰階值的時間為t2，且t2＝(M-m)×ΔT；光強(qiáng)調(diào)制倍數(shù)增大M倍，相當(dāng)于空間光調(diào)制器顯示的灰階值擴(kuò)展M倍。
所述傅里葉變換透鏡和物鏡組合的高精縮倍率光學(xué)系統(tǒng)，選擇傅里葉變換透鏡的焦距f1、物鏡的焦距f2、空間光調(diào)制器到傅里葉變換透鏡之間的距離d1和空間濾波器到物鏡之間的距離d2，得到光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大倍數(shù)β為0.01～0.1，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高精縮倍率要求，使所制作微光學(xué)器件的最小特征尺寸達(dá)到微米及亞微米量級，橫向放大倍數(shù)β按下式計算β=|f1f2f12+f1d2+f2d1-f1f2-d1d2|.]]>本發(fā)明的方法包括下述具體步驟(1).根據(jù)所要制作微光學(xué)器件的位相要求，換算出基片上各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度；根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)中的光束強(qiáng)度，進(jìn)一步確定曝光時間T；再由所要制作微光學(xué)器件的輪廓的精細(xì)度要求，確定時間細(xì)分倍數(shù)M；由各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度確定空間光調(diào)制器上各像元的調(diào)制灰階值以及時間細(xì)分?jǐn)?shù)m，m為大于等于1、小于等于M的整數(shù)；(2).計算機(jī)內(nèi)的圖形生成軟件根據(jù)所需制作的微光學(xué)器件類型和光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)自動生成系列圖形，并經(jīng)顯示視頻擴(kuò)展輸出口將該系列圖形依次顯示在空間光調(diào)制器上，所述空間光調(diào)制器為透射型電尋址空間光調(diào)制器；(3).光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器后成為平行光束，垂直射向透射型電尋址空間光調(diào)制器；(4).空間光調(diào)制器對光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制和時間細(xì)分調(diào)制；(5).透過空間光調(diào)制器的調(diào)制光束，經(jīng)傅里葉變換透鏡、空間濾波器和物鏡后，精縮成像于基片上，并對基片上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光；(6).移動二維精密位移平臺，并由計算機(jī)控制同步切換空間光調(diào)制器上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片進(jìn)行曝光；(7).對基片進(jìn)行包括顯影、清洗及堅膜等光刻處理工序。
本發(fā)明的方法包括下述具體步驟(1).根據(jù)所要制作微光學(xué)器件的位相要求，換算出基片上各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度；根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)中的光束強(qiáng)度，進(jìn)一步確定曝光時間T；再由所要制作微光學(xué)器件的輪廓的精細(xì)度要求，確定時間細(xì)分倍數(shù)M；由各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度確定空間光調(diào)制器上各像元的調(diào)制灰階值以及時間細(xì)分?jǐn)?shù)m，m為大于等于1、小于等于M的整數(shù)；(2).計算機(jī)內(nèi)的圖形生成軟件根據(jù)所需制作的微光學(xué)器件類型和光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)自動生成系列圖形，并經(jīng)顯示視頻擴(kuò)展輸出口將該系列圖形依次顯示在空間光調(diào)制器上，所述空間光調(diào)制器為反射型電尋址空間光調(diào)制器；(3).光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器后成為平行光束，射向分束器，由分束器反射后垂直射向反射型電尋址空間光調(diào)制器；(4).空間光調(diào)制器對光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制和時間細(xì)分調(diào)制；(5).由空間光調(diào)制器反射的調(diào)制光束，經(jīng)分束器、傅里葉變換透鏡、空間濾波器和物鏡后，精縮成像于基片上，并對基片上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光；(6).移動二維精密位移平臺，并由計算機(jī)控制同步切換空間光調(diào)制器上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片進(jìn)行曝光；(7).對基片進(jìn)行包括顯影、清洗及堅膜等光刻處理工序。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述方法的微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)，其特征在于它包括按下列順序在光軸線上依次排列的由光源發(fā)出的光垂直照射的電尋址空間光調(diào)制器、傅里葉變換透鏡、空間濾波器、物鏡和二維精密位移平臺，還包括機(jī)內(nèi)設(shè)有圖形生成軟件的計算機(jī)，空間濾波器置于傅里葉變換透鏡的后焦面上，空間光調(diào)制器通過導(dǎo)線與計算機(jī)的顯示視頻擴(kuò)展輸出口連接。
所述電尋址空間光調(diào)制器為透射型電尋址空間光調(diào)制器，在光軸線上于透射型電尋址空間光調(diào)制器前設(shè)有依次排列的光源和擴(kuò)束準(zhǔn)直器。
所述電尋址空間光調(diào)制器為反射型電尋址空間光調(diào)制器，所述光軸線分為第一光軸線和第二光軸線，反射型電尋址空間光調(diào)制器、傅里葉變換透鏡、空間濾波器、物鏡和二維精密位移平臺按以上順序在第一光軸線上依次排列，在反射型電尋址空間光調(diào)制器和傅里葉變換透鏡之間設(shè)有分束器，在第二光軸線上設(shè)有依次排列的光源和擴(kuò)束準(zhǔn)直器，第一光軸線和第二光軸線在分束器處垂直相交，分束器的法線與兩光軸線的夾角均為45°。
所述光源是紫外光源，或是He-Cd激光器。
本發(fā)明采用電尋址空間光調(diào)制器，通過導(dǎo)線與計算機(jī)的顯示視頻擴(kuò)展輸出口連接，并由計算機(jī)控制和輸入調(diào)制信號，對垂直照射的光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，以形成高質(zhì)量的灰階圖形。再利用基于傅里葉變換透鏡和物鏡組合的高精縮倍率光學(xué)系統(tǒng)，對微光學(xué)器件進(jìn)行面曝光，且曝光面上各點(diǎn)曝光強(qiáng)度數(shù)字量化可控。
基于傅里葉變換透鏡和物鏡組合的高精縮倍率光學(xué)系統(tǒng)，適當(dāng)選擇傅里葉變換透鏡的焦距、物鏡的焦距、空間光調(diào)制器到傅里葉變換透鏡之間的距離、空間濾波器到物鏡之間的距離，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高精縮倍率要求，使所制作微光學(xué)器件的最小特征尺寸達(dá)到微米及亞微米量級。經(jīng)理論推導(dǎo)，可知光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大倍數(shù)為β=|f1f2f12+f1d2+f2d1-f1f2-d1d2|]]>上式中，f1為傅里葉變換透鏡的焦距，f2為物鏡的焦距，d1是空間光調(diào)制器到傅里葉變換透鏡之間的距離，d2是空間濾波器到物鏡之間的距離。為減少光學(xué)系統(tǒng)的尺寸，讓d1＜＜f1。適當(dāng)選擇f1、f2、d1、d2的數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高精縮倍率要求。比如令f1＝500mm、f2＝5mm、d1＝30mm、d2＝5mm，經(jīng)計算可知β＝0.01，即光學(xué)系統(tǒng)的縮放倍率為100∶1；又如令f1＝185mm、f2＝4.64mm、d1＝18.5mm、d2＝6mm，經(jīng)計算可知β＝0.025，即光學(xué)系統(tǒng)的縮放倍率為40∶1。一般空間光調(diào)制器單個像元的大小為20μm～30μm，經(jīng)該光學(xué)系統(tǒng)精縮40倍后，其像的大小為0.5μm～0.75μm，故該并行直寫方法可制作最小特征尺寸達(dá)到微米及亞微米量級的微光學(xué)器件。
本發(fā)明以拼接方式制作大尺寸微光學(xué)器件。一般而言，單次曝光的面積為0.1mm2～1mm2數(shù)量級，對于具有較大尺寸的微光學(xué)器件，需要經(jīng)過多次曝光。利用圖形拼接技術(shù)，通過移動二維精密位移平臺，并由計算機(jī)控制同步切換空間光調(diào)制器上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片進(jìn)行曝光，從而制作大尺寸的微光學(xué)器件。
本發(fā)明所述的微光學(xué)器件的面曝光強(qiáng)度分布，可認(rèn)為是空間光調(diào)制器上的原始圖形和一個點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)發(fā)生卷積作用所形成的結(jié)果，該點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)描述了微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)的光學(xué)特性。由于卷積具有濾波、平滑細(xì)微結(jié)構(gòu)的作用，因此該方法可獲得非常光滑的表面光潔度。另一方面，也正是由于這種卷積效應(yīng)，較好地克服了空間光調(diào)制器的“黑柵”效應(yīng)。
本發(fā)明的有益效果在于
(1).采用逐個圖形曝光方式使其具有內(nèi)在的并行特性，每一次曝光面積相當(dāng)于逐點(diǎn)曝光式激光直寫系統(tǒng)在數(shù)十分鐘內(nèi)才能完成的工作量，可大大提高直寫速度，縮短生產(chǎn)周期，降低加工成本，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單可靠；(2).采用高精縮倍率的投影光學(xué)系統(tǒng)，選擇像元尺寸小(比如像元間距為20μm)的空間光調(diào)制器可使所加工的微光學(xué)器件的最小特征尺寸達(dá)到微米甚至亞微米量級；(3).空間光調(diào)制器的高對比度特性，采用時間細(xì)分法擴(kuò)展曝光量的動態(tài)范圍、實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，獲得曝光劑量的高分辨率量化控制，并減小微光學(xué)器件深度加工誤差，可生產(chǎn)超精細(xì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的、連續(xù)輪廓的高性能微光學(xué)器件；(4).利用圖形拼接技術(shù)，可制作大尺寸的微光學(xué)器件；(5).該方法所需的電尋址空間光調(diào)制器目前已大量商品化，其它器件購買或研制的成本均較低，可實(shí)現(xiàn)并行直寫設(shè)備的廉價化。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的制作系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的制作系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)控制流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例并對照附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1如圖1所示，本微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)包括按下列順序在光軸線10上依次排列的光源1、擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、透射型電尋址空間光調(diào)制器3、傅里葉變換透鏡4、空間濾波器5、物鏡6和二維精密位移平臺7。還包括機(jī)內(nèi)設(shè)有圖形生成軟件的計算機(jī)9，空間濾波器5置于傅里葉變換透鏡4的后焦面上，空間光調(diào)制器3通過導(dǎo)線與計算機(jī)9的顯示視頻擴(kuò)展輸出口連接，并由計算機(jī)9控制和輸入圖形信號。光源1為紫外光源，也可以是He-Cd激光器。二維精密位移平臺7與計算機(jī)9相連，二維精密位移平臺7也可由另一臺計算機(jī)控制。工作時涂有光刻膠的基片8置于二維精密位移平臺7上。
選擇相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)為單次曝光時間T＝0.05秒，時間細(xì)分倍數(shù)M＝10，則時間間隔ΔT＝0.005秒，可見采用時間細(xì)分法實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，使光強(qiáng)調(diào)制倍數(shù)增大10倍，相當(dāng)于空間光調(diào)制器3顯示的灰階值擴(kuò)展10倍；令傅里葉變換透鏡4的焦距f1＝185mm、物鏡6的焦距f2＝4.64mm、空間光調(diào)制器3到傅里葉變換透鏡4之間的距離d1＝18.5mm、空間濾波器5到物鏡6之間的距離d2＝6mm，經(jīng)計算可知β＝0.025，即本光學(xué)系統(tǒng)的縮放倍率為40∶1，空間光調(diào)制器采用透射型液晶顯示器LCD，型號為SVGA1。
利用上述微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)，制作高分辨率微光學(xué)器件的并行直寫制作方法為(1).根據(jù)微光學(xué)器件的位相要求，換算出基片8上各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度，由各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度確定透射型電尋址空間光調(diào)制器3上各像元的調(diào)制灰階值以及時間細(xì)分?jǐn)?shù)m；根據(jù)基片8上某一點(diǎn)的曝光強(qiáng)度和光學(xué)系統(tǒng)中的光束強(qiáng)度，確定空間光調(diào)制器3上對應(yīng)像元顯示預(yù)定灰階值的時間t1＝0.015秒，而時間間隔ΔT＝0.005秒，故該像元的時間細(xì)分?jǐn)?shù)m＝3；接著該像元顯示0灰階值的時間t2＝(M～m)×ΔT＝(10-3)×0.005＝0.035秒。基片8上所有點(diǎn)均按同樣方法處理。
(2).計算機(jī)9內(nèi)的圖形生成軟件根據(jù)所需制作的微光學(xué)器件類型和光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，自動生成系列圖形，并經(jīng)顯示視頻擴(kuò)展輸出口將該系列圖形依次顯示在空間光調(diào)制器3上；(3).光源1發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2后成為平行光束，垂直射向空間光調(diào)制器3；(4).空間光調(diào)制器3對光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制和時間細(xì)分調(diào)制；(5).透過空間光調(diào)制器3的調(diào)制光束，經(jīng)傅里葉變換透鏡4、空間濾波器5和物鏡6后，精縮成像于基片8上，并對基片8上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光；(6).移動二維精密位移平臺7，并由計算機(jī)9控制同步切換空間光調(diào)制器3上的顯示圖形，當(dāng)空間光調(diào)制器3上每切換顯示一幅圖形時，二維精密位移平臺7依據(jù)計算機(jī)9給出的相應(yīng)指令，進(jìn)行x、y兩方向的平移運(yùn)動，并根據(jù)x、y向測量單元得到的位移信號，形成閉環(huán)控制，使二維精密位移平臺7在較短時間內(nèi)運(yùn)動到下一個合適的位置，接著對一小塊面積的光刻膠進(jìn)行曝光。如此往復(fù)，依次將空間光調(diào)制器3上顯示的系列圖形記錄于光刻膠的不同位置，從而以拼接的方式對整塊基片8進(jìn)行曝光。根據(jù)生成系列圖形、空間光調(diào)制器3本身和系統(tǒng)中各部件的相關(guān)參數(shù)，可得到二維精密工作臺7在x、y兩方向每次的位移量。系統(tǒng)的控制流程如圖3所示。
(7).對基片8進(jìn)行顯影、清洗及堅膜等處理。
如圖3所示，本發(fā)明的系統(tǒng)控制流程如下，上電后，系統(tǒng)自檢，若各子系統(tǒng)工作不正常，就在計算機(jī)9上顯示錯誤信息，系統(tǒng)停止工作。各子系統(tǒng)工作正常后，計算機(jī)預(yù)先設(shè)定各子系統(tǒng)的基本工作參數(shù)。根據(jù)需要制作的微光學(xué)器件類型和要求，設(shè)置微光學(xué)器件的相關(guān)參數(shù)。同時對基片8進(jìn)行預(yù)處理，在基片8上實(shí)施涂布光刻膠和烘干等曝光前期處理過程。計算機(jī)9內(nèi)圖形生成軟件根據(jù)所需制作的微光學(xué)器件類型和光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，自動生成系列圖形，并經(jīng)顯示視頻擴(kuò)展輸出口將該系列圖形依次顯示在空間光調(diào)制器(SLM)3上。當(dāng)空間光調(diào)制器3上每切換顯示一幅圖形時，二維精密位移平臺7依據(jù)計算機(jī)9給出的相應(yīng)指令，進(jìn)行x、y兩方向的平移運(yùn)動，并根據(jù)x、y向測量單元得到的位移信號，形成閉環(huán)控制，使二維精密位移平臺7在較短時間內(nèi)運(yùn)動到下一個合適的位置，接著對一小塊面積的光刻膠進(jìn)行曝光，并由計算機(jī)9定時控制曝光時間。如此往復(fù)，依次將空間光調(diào)制器3上顯示的系列圖形記錄于光刻膠的不同位置。根據(jù)生成系列圖形、空間光調(diào)制器3本身和系統(tǒng)中各部件的相關(guān)參數(shù)，可得到二維精密位移平臺7在x、y兩方向每次的位移量，從而以拼接的方式對整塊基片8進(jìn)行曝光。曝光完成后，對基片8進(jìn)行顯影、清洗及堅膜等曝光后期處理過程。
實(shí)施例2如圖2所示，本微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)，包括按下列順序在第一光軸線12上依次排列的反射型電尋址空間光調(diào)制器3、分束器11、傅里葉變換透鏡4、空間濾波器5、物鏡6和二維精密位移平臺7，還包括在第二光軸線13上的光源1和擴(kuò)束準(zhǔn)直器2，還包括機(jī)內(nèi)設(shè)有圖形生成軟件的計算機(jī)9，第一光軸線12和第二光軸線13在分束器11處垂直相交，分束器11的法線與兩光軸線的夾角均為45°，空間濾波器5置于傅里葉變換透鏡4的后焦面上，空間光調(diào)制器3通過導(dǎo)線與計算機(jī)9的顯示視頻擴(kuò)展輸出口連接，并由計算機(jī)9控制和輸入圖形信號。光源1為紫外光源，也可以是He-Cd激光器。二維精密位移平臺7與計算機(jī)9相連，二維精密位移平臺7也可由另一臺計算機(jī)控制。工作時涂有光刻膠的基片8置于二維精密位移平臺7上。
選擇相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)為單次曝光時間T＝0.05秒，時間細(xì)分倍數(shù)M＝10，且時間間隔ΔT＝0.005秒，可見采用時間細(xì)分法實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，使光強(qiáng)調(diào)制倍數(shù)增大10倍，相當(dāng)于空間光調(diào)制器顯示的灰階值擴(kuò)展10倍；令f1＝185mm、f2＝4.64mm、d1＝18.5mm、d2＝6mm，經(jīng)計算可知β＝0.025，即光學(xué)系統(tǒng)的縮放倍率為40∶1?？臻g光調(diào)制器采用數(shù)字微鏡裝置DMD，型號為XGA2。
微光學(xué)器件的并行直寫制作方法為(1).根據(jù)微光學(xué)器件的位相要求，換算出基片8上各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度，由各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度確定空間光調(diào)制器上各像元的調(diào)制灰階值以及時間細(xì)分?jǐn)?shù)m；根據(jù)基片8上某一點(diǎn)的曝光強(qiáng)度和光學(xué)系統(tǒng)中的光束強(qiáng)度，確定了空間光調(diào)制器3上對應(yīng)像元顯示預(yù)定灰階值的時間t1＝0.015秒，而時間間隔ΔT＝0.005秒，故該像元的時間細(xì)分?jǐn)?shù)m＝3；接著該像元顯示0灰階值的時間t2＝(M-m)×ΔT＝(10-3)×0.005＝0.035秒?；?上所有點(diǎn)均按同樣方法處理。
(2).計算機(jī)9內(nèi)的圖形生成軟件根據(jù)所需制作的微光學(xué)器件類型和光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，自動生成系列圖形，并經(jīng)顯示視頻擴(kuò)展輸出口將該系列圖形依次顯示在空間光調(diào)制器3上；(3).光源1發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2后成為平行光束，射向分束器11，由分束器11反射后垂直射向空間光調(diào)制器3；(4).空間光調(diào)制器3對光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制和時間細(xì)分調(diào)制；(5).由空間光調(diào)制器3反射的調(diào)制光束，經(jīng)分束器11、傅里葉變換透鏡4、空間濾波器5和物鏡6后，精縮成像于基片8上，并對基片8上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光；(6).移動二維精密位移平臺7，并由計算機(jī)9控制同步切換空間光調(diào)制器3上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片8進(jìn)行曝光；(7).對基片8進(jìn)行顯影、清洗及堅膜等處理。
權(quán)利要求
1.一種高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法，其特征在于它是將電尋址空間光調(diào)制器，通過導(dǎo)線與計算機(jī)相連，由計算機(jī)輸入和控制圖形信號，平行光束垂直射向電尋址空間光調(diào)制器，電尋址空間光調(diào)制器對光束進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，并采用時間細(xì)分法對光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，經(jīng)調(diào)制的光束經(jīng)傅里葉變換透鏡和物鏡組合的高精縮倍率光學(xué)系統(tǒng)，將電尋址空間光調(diào)制器上顯示的灰階圖形精縮成像于置于二維精密位移平臺之上的涂有光刻膠的基片上，對基片上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光，通過移動二維精密位移平臺，并由計算機(jī)控制同步切換電尋址空間光調(diào)制器上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片進(jìn)行曝光，再對基片進(jìn)行包括顯影、清洗及堅膜等光刻處理工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法，其特征在于所述時間細(xì)分法為(1).將單次曝光時間T細(xì)分為M個間隔ΔT，ΔT＝T/M，M為時間細(xì)分倍數(shù)，為大于等于2的整數(shù)；(2).由計算機(jī)控制不同像元顯示預(yù)定灰階值的時間為t1，且t1為ΔT的整數(shù)倍，即t1＝m×ΔT；m為時間細(xì)分?jǐn)?shù)，m為大于等于1、小于等于M的整數(shù)；(3).由計算機(jī)控制不同像元顯示0灰階值的時間為t2，且t2＝(M-m)×ΔT；光強(qiáng)調(diào)制倍數(shù)增大M倍，相當(dāng)于空間光調(diào)制器顯示的灰階值擴(kuò)展M倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法，其特征在于所述傅里葉變換透鏡和物鏡組合的高精縮倍率光學(xué)系統(tǒng)，選擇傅里葉變換透鏡的焦距f1、物鏡的焦距f2、空間光調(diào)制器到傅里葉變換透鏡之間的距離d1和空間濾波器到物鏡之間的距離d2，得到光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大倍數(shù)β為0.01～0.1，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的高精縮倍率要求，使所制作微光學(xué)器件的最小特征尺寸達(dá)到微米及亞微米量級，橫向放大倍數(shù)β按下式計算β=|f1f2f12+f1d2+f2d1-f1f2-d1d2|.]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法，其特征在于它包括下述步驟(1).根據(jù)所要制作微光學(xué)器件的位相要求，換算出基片上各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度；根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)中的光束強(qiáng)度，進(jìn)一步確定曝光時間T；再由所要制作微光學(xué)器件的輪廓的精細(xì)度要求，確定時間細(xì)分倍數(shù)M；由各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度確定空間光調(diào)制器上各像元的調(diào)制灰階值以及時間細(xì)分?jǐn)?shù)m，m為大于等于1、小于等于M的整數(shù)；(2).計算機(jī)內(nèi)的圖形生成軟件根據(jù)所需制作的微光學(xué)器件類型和光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)自動生成系列圖形，并經(jīng)顯示視頻擴(kuò)展輸出口將該系列圖形依次顯示在空間光調(diào)制器上，所述空間光調(diào)制器為透射型電尋址空間光調(diào)制器；(3).光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器后成為平行光束，垂直射向透射型電尋址空間光調(diào)制器；(4).空間光調(diào)制器對光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制和時間細(xì)分調(diào)制；(5).透過空間光調(diào)制器的調(diào)制光束，經(jīng)傅里葉變換透鏡、空間濾波器和物鏡后，精縮成像于基片上，并對基片上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光；(6).移動二維精密位移平臺，并由計算機(jī)控制同步切換空間光調(diào)制器上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片進(jìn)行曝光；(7).對基片進(jìn)行包括顯影、清洗及堅膜等光刻處理工序。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法，其特征在于(1).根據(jù)所要制作微光學(xué)器件的位相要求，換算出基片上各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度；根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)中的光束強(qiáng)度，進(jìn)一步確定曝光時間T；再由所要制作微光學(xué)器件的輪廓的精細(xì)度要求，確定時間細(xì)分倍數(shù)M；由各點(diǎn)的曝光強(qiáng)度確定空間光調(diào)制器上各像元的調(diào)制灰階值以及時間細(xì)分?jǐn)?shù)m，m為大于等于1、小于等于M的整數(shù)；(2).計算機(jī)內(nèi)的圖形生成軟件根據(jù)所需制作的微光學(xué)器件類型和光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)自動生成系列圖形，并經(jīng)顯示視頻擴(kuò)展輸出口將該系列圖形依次顯示在空間光調(diào)制器上，所述空間光調(diào)制器為反射型電尋址空間光調(diào)制器；(3).光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器后成為平行光束，射向分束器，由分束器反射后垂直射向反射型電尋址空間光調(diào)制器；(4).空間光調(diào)制器對光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制和時間細(xì)分調(diào)制；(5).由空間光調(diào)制器反射的調(diào)制光束，經(jīng)分束器、傅里葉變換透鏡、空間濾波器和物鏡后，精縮成像于基片上，并對基片上的光刻膠涂層進(jìn)行曝光；(6).移動二維精密位移平臺，并由計算機(jī)控制同步切換空間光調(diào)制器上的顯示圖形，以拼接的方式對整塊基片進(jìn)行曝光；(7).對基片進(jìn)行包括顯影、清洗及堅膜等光刻處理工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法，其特征在于所述電尋址空間光調(diào)制器為透射型電尋址空間光調(diào)制器，或?yàn)榉瓷湫碗妼ぶ房臻g光調(diào)制器。
7.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述制作方法的微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)，其特征在于它包括按下列順序在光軸線上依次排列的由光源發(fā)出的光垂直照射的電尋址空間光調(diào)制器、傅里葉變換透鏡、空間濾波器、物鏡和二維精密位移平臺，還包括機(jī)內(nèi)設(shè)有圖形生成軟件的計算機(jī)，空間濾波器置于傅里葉變換透鏡的后焦面上，空間光調(diào)制器通過導(dǎo)線與計算機(jī)的顯示視頻擴(kuò)展輸出口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)，其特征在于所述電尋址空間光調(diào)制器為透射型電尋址空間光調(diào)制器，在光軸線上于透射型電尋址空間光調(diào)制器前設(shè)有依次排列的光源和擴(kuò)束準(zhǔn)直器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)，其特征在于所述電尋址空間光調(diào)制器為反射型電尋址空間光調(diào)制器，所述光軸線分為第一光軸線和第二光軸線，反射型電尋址空間光調(diào)制器、傅里葉變換透鏡、空間濾波器、物鏡和二維精密位移平臺按以上順序在第一光軸線上依次排列，在反射型電尋址空間光調(diào)制器和傅里葉變換透鏡之間設(shè)有分束器，在第二光軸線上設(shè)有依次排列的光源和擴(kuò)束準(zhǔn)直器，第一光軸線和第二光軸線在分束器處垂直相交，分束器的法線與兩光軸線的夾角均為45°。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作系統(tǒng)，其特征在于所述光源是紫外光源或是He-Cd激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高分辨率微光學(xué)器件并行直寫制作方法及制作系統(tǒng)。它是采用電尋址空間光調(diào)制器，由計算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制，以及采用時間細(xì)分法擴(kuò)展曝光量的動態(tài)范圍、實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，獲得曝光劑量和空間位置的高分辨率光刻曝光。采用基于傅里葉變換透鏡和物鏡組合的高精縮倍率光學(xué)系統(tǒng)，使所制作微光學(xué)器件的最小特征尺寸達(dá)到微米及亞微米量級。利用圖形拼接技術(shù)，制作大尺寸的微光學(xué)器件。本發(fā)明由于采用逐個圖形進(jìn)行面曝光的方法使其具有內(nèi)在的并行特性，大大提高了微光學(xué)器件的制作速度和精度，并降低了生產(chǎn)成本，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單可靠。
文檔編號G02F1/00GK101021692SQ200710034660
公開日2007年8月22日 申請日期2007年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月2日
發(fā)明者顏樹華, 周春雷, 張軍, 沈少偉, 童慧鵬, 李鍔 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)