專利名稱：基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微納光子器件通過(guò)在波長(zhǎng)和亞波長(zhǎng)尺度上對(duì)光的操控，實(shí)現(xiàn)各種各樣光操控功能。微納光子器件制備方法主要有化學(xué)自組織生長(zhǎng)法、逐點(diǎn)微加工法、光學(xué)全息制備法和多步驟組合法。其中光學(xué)全息制備法通常采用多光束干涉的方法，形成空間周期排列的光強(qiáng)分布，再作用于感光材料，將空間光強(qiáng)分別刻蝕在材料上，它具有無(wú)缺陷、大體積、成本低、效率高、品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)，具有應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。借鑒于光刻技術(shù)多年來(lái)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，特別微小型化技
術(shù)革命RET (Resolution Enhancement Technology)的影響，光學(xué)全息制備^去同樣在激光光源，光刻膠和光學(xué)裝置上不斷取得進(jìn)步，周期特征尺度也縮小至十納米級(jí)。但是，光學(xué)全息制備法通常采用的是簡(jiǎn)單的光場(chǎng)合成，也就僅僅能得到于簡(jiǎn)單周期排列的微納結(jié)構(gòu)，對(duì)于更加復(fù)雜和實(shí)用的功能性光子晶體和光子器件的制備，需要更多的技術(shù)的結(jié)合。光學(xué)校正，相移掩模和離軸照明成為RET的三大主要技術(shù)，通過(guò)它們的不斷革新，RET使得光刻尺寸不斷縮小并緊跟著產(chǎn)業(yè)需要，服從和滿足摩爾定律，在集成電路制造業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。
數(shù)字無(wú)掩模光學(xué)投影蝕刻是一種新興的無(wú)掩模光刻技術(shù)，它通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)產(chǎn)生一些特殊的數(shù)字化圖案，并加載在空間光調(diào)制器，使得光學(xué)投影的圖案可以任意調(diào)制。常見(jiàn)空間光調(diào)制器有液晶顯示器件LCD、等離子體顯示器件和數(shù)字微反射鏡器件(DigitalMicromirror Device, DMD)等。而DMD是目前唯一的一種大批量生產(chǎn)的純數(shù)字化空間光調(diào)制器。因此數(shù)字光學(xué)無(wú)掩摸光刻技術(shù)的研究基本上都是基于DMD空間光調(diào)制器的。國(guó)內(nèi)DMD研究主要用于大尺寸的灰度光刻，而在亞微米尺度的光刻技術(shù)研究還處于起步階段，相關(guān)的研究報(bào)告或論 文也很少，且一般處于理論研究或數(shù)值模擬階段，所制作結(jié)構(gòu)圖案其特征尺寸 較大，無(wú)法真正滿足微光機(jī)電系統(tǒng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種光刻精度較高的基于數(shù)字 微鏡器件亞微米制備系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種基于數(shù)字微鏡器件亞微米制 備系統(tǒng)，包括用于形成平行光的光學(xué)系統(tǒng)、接收多束平行光并產(chǎn)生多束衍射光 的數(shù)字微鏡器件、將多束衍射光會(huì)聚并使其發(fā)生相干疊加的成像系統(tǒng)及用于控 制數(shù)字微鏡器件的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，平行光經(jīng)過(guò)數(shù)字微鏡器件后的各束衍射光 會(huì)聚并發(fā)生相干疊加，并形成最終光刻圖案。
該成像系統(tǒng)包括凸透鏡及非球面鏡，多束衍射光經(jīng)過(guò)凸透鏡聚焦在后焦面 上形成點(diǎn)陣，又經(jīng)過(guò)非球面鏡在像平面上復(fù)合成像，形成最終光刻圖案。
凸透鏡的焦距較非球面鏡的焦距大，非球面鏡數(shù)值孔徑比凸透鏡數(shù)值孔徑大。
該凸透鏡為低通濾波器。
該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的圖形經(jīng)I/O接口以二進(jìn)制數(shù)字形式輸入到設(shè)于數(shù) 字微鏡器件上的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于控制設(shè)于數(shù)字微鏡器件上鏡片的翻轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)預(yù)定衍射光輸出。
該光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、小孔光闌及消色差透鏡，半導(dǎo)體激光依次經(jīng)過(guò)物鏡、 小孔光闌以及消色差透鏡后成為上述平行光。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)
本發(fā)明使用數(shù)字微鏡器件作無(wú)掩模光刻制備法，比現(xiàn)有技術(shù)制備工藝的最 小精度有了較大提高，通過(guò)數(shù)字微鏡器件能提高光能利用率、分辨率、響應(yīng)速 度及工作溫度范圍，并通過(guò)成像系統(tǒng)大大提高了光刻的精度，達(dá)到國(guó)際最先進(jìn) 水平，并首次制作出了周期為微米以下的二維結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示， 一種基于數(shù)字微鏡器件亞微米制備系統(tǒng)，包括用于形成單束
平行光的光學(xué)系統(tǒng)、接收單束平行光并產(chǎn)生多束衍射光的數(shù)字微鏡器件DMD、將 多束衍射光會(huì)聚并使其發(fā)生相干疊加的成像系統(tǒng)及用于控制數(shù)字微鏡器件的計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)，平行光經(jīng)過(guò)數(shù)字微鏡器件后的各束衍射光會(huì)聚并發(fā)生相干疊加， 并形成最終光刻圖案。
該成像系統(tǒng)包括凸透鏡Ll及非球面鏡L2，多束衍射光經(jīng)過(guò)凸透鏡Ll聚焦 在后焦面上形成點(diǎn)陣，又經(jīng)過(guò)非球面鏡L2在像平面上復(fù)合成像，形成最終光刻 圖案。
成像系統(tǒng)是一個(gè)4f系統(tǒng)，把DMD上形成的衍射光圖案信息設(shè)置為二維光柵。 平行光照射在DMD后，經(jīng)衍射分解為向不同方向傳播的多束衍射光，每一束衍射 光對(duì)應(yīng)一定的空間頻率，再經(jīng)過(guò)凸透鏡L1分別聚焦在后焦面上形成點(diǎn)陣，這點(diǎn) 陣就是光柵的夫瑯和費(fèi)衍射圖。然后不同空間頻率的衍射光束又經(jīng)過(guò)非球面鏡 L2重新在像平面上復(fù)合成像，形成最終圖案并作用在非球面鏡L2后焦面上的光 刻膠，亦即DMD上的圖案信息經(jīng)過(guò)縮小后在光刻膠處重新成像。本實(shí)施例中， 凸透鏡L1使用大焦距、大孔徑的透鏡，收集盡可能多的衍射級(jí)。理論及實(shí)驗(yàn)均 表明，收集盡可能多的衍射級(jí)可以提高成像銳度，過(guò)少的衍射級(jí)甚至不能成像。 非球面鏡L2為小焦距、大孔徑的非球面鏡。其中，凸透鏡的焦距較非球面鏡的 焦距大，非球面鏡孔徑數(shù)值比凸透鏡孔徑數(shù)值大，此結(jié)構(gòu)能有效消除球差，可 以大幅度提高成像品質(zhì)。
該凸透鏡為低通濾波器。
該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的圖形經(jīng)I/O接口以二進(jìn)制數(shù)字形式輸入到設(shè)于數(shù) 字微鏡器件上的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于控制設(shè)于數(shù)字微鏡器件上鏡片的翻轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)預(yù)定衍射光輸出。
該光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、小孔光闌及消色差透鏡，波長(zhǎng)為532納米的半導(dǎo)體激光依次經(jīng)過(guò)物鏡、小針孔以及消色差透鏡后成為上述平行光。
在本發(fā)明中，DMD相當(dāng)于傳統(tǒng)光刻中的掩模。 一塊DMD是由成千上萬(wàn)個(gè)微小、 可傾斜的鋁合金鏡片組成，可通過(guò)脈沖寬度調(diào)制決定每個(gè)鏡片傾斜在某個(gè)方向 上為多長(zhǎng)時(shí)間。鏡片可以在一秒內(nèi)開(kāi)關(guān)256次，即最多可實(shí)現(xiàn)256級(jí)的灰度像 素，這一速度允許數(shù)字灰度和顏色再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)灰度光刻及全息顯示。與常規(guī)的 數(shù)字化空間光調(diào)制器相比，數(shù)字微鏡器件具有更高的光能利用率、分辨率高、 響應(yīng)速度快、工作溫度范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)，其特征在于，包括用于形成平行光的光學(xué)系統(tǒng)、接收平行光并產(chǎn)生多束衍射光的數(shù)字微鏡器件、將多束衍射光會(huì)聚并使其發(fā)生相干疊加的成像系統(tǒng)及用于控制數(shù)字微鏡器件的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，平行光經(jīng)過(guò)數(shù)字微鏡器件后的各束衍射光會(huì)聚并發(fā)生相干疊加，并形成最終光刻圖案。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)，其特征在于，該成像系統(tǒng)包括凸透鏡(Ll)及非球面鏡(L2)，多束衍射光經(jīng)過(guò)凸透鏡(Ll)聚焦在后焦面上形成點(diǎn)陣，又經(jīng)過(guò)非球面鏡(L2)在像平面上復(fù)合成像，形成最終光刻圖案。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)，其特征在于，凸透鏡(Ll)的焦距較非球面鏡(L2)的焦距大，非球面鏡(L2)數(shù)值孔徑比凸透鏡(Ll)數(shù)值孔徑大。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)，其特征在于，該凸透鏡(Ll)為低通濾波器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)，其特征在于，該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的圖形經(jīng)I/O接口以二進(jìn)制數(shù)字形式輸入到設(shè)于數(shù)字微鏡器件上的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于控制設(shè)于數(shù)字微鏡器件上鏡片的翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定衍射光輸出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字微鏡器件亞微米周期結(jié)構(gòu)制備系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、小針孔及消色差透鏡，半導(dǎo)體激光依次經(jīng)過(guò)物鏡、小針孔以及消色差透鏡后成為上述平行光。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)字微鏡器件亞微米制備系統(tǒng)，其特征在于，包括用于形成平行光的光學(xué)系統(tǒng)、接收多束平行光并產(chǎn)生多束衍射光的數(shù)字微鏡器件、將多束衍射光會(huì)聚并使其發(fā)生相干疊加的成像系統(tǒng)及用于控制數(shù)字微鏡器件的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，平行光經(jīng)過(guò)數(shù)字微鏡器件后的各束衍射光會(huì)聚并發(fā)生相干疊加，并形成最終光刻圖案。本發(fā)明大大提高了光刻的精度，達(dá)到國(guó)際最先進(jìn)水平，并首次制作出了周期為微米以下的二維結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G02B27/42GK101673057SQ200910192908
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者周建英, 張培晴, 謝向生, 陸錦洪 申請(qǐng)人:中山大學(xué)