本發(fā)明涉及微納制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于微納模具制備的圖形化混合光刻系統(tǒng)及混合光刻方法。

背景技術(shù)：

圖形化光刻是微納米制造領(lǐng)域的通用前端制程，目前在平板顯示、集成電路、柔性電路、新材料等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

面向各個不同的應(yīng)用領(lǐng)域，微納米結(jié)構(gòu)的制備需求各不相同，幅面從4英寸到100英寸，微結(jié)構(gòu)從10納米到數(shù)十微米。當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀是，納米至亞微米尺度的結(jié)構(gòu)采用電子束制版，幅面無法做大，幾微米至數(shù)十微米尺度的結(jié)構(gòu)采用激光束制版，幅面可以做大，但是不能實現(xiàn)亞微米以下結(jié)構(gòu)的大幅面制版要求。

當(dāng)前微納米應(yīng)用領(lǐng)域正從半導(dǎo)體、平板顯示向超材料(人工微結(jié)構(gòu)材料)領(lǐng)域延伸，需要亞微米以下結(jié)構(gòu)大幅面制版，當(dāng)前圖形化制備手段無法滿足此類需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供了一種混合光刻系統(tǒng)，具有直寫光刻和干涉光刻兩種功能，可進(jìn)行混合光刻，提高了光刻效率，降低了光刻成本。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

一種混合光刻系統(tǒng)，包括光源、光束整形器、光場調(diào)制器、反射鏡和位相器件，光束整形器用于整形光源發(fā)出的光線；光場調(diào)制器用于顯示光刻圖像，將整形后的光線經(jīng)過光場調(diào)制器生成圖形光；反射鏡用于將圖形光反射至待曝光的光刻件表面實現(xiàn)直寫光刻；位相器件用于在光刻件的表面形成干涉曝光場實現(xiàn)干涉光刻。

在本發(fā)明的較佳實施例中，位相器件可移除的設(shè)置于反射鏡與光刻件之間，實現(xiàn)直寫光刻和干涉光刻的切換。

在本發(fā)明的較佳實施例中，上述混合光刻系統(tǒng)還包括計算機(jī)和控制器，計算機(jī)用于提供光刻圖像和位移數(shù)據(jù)，并將光刻圖像和位移數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器，所述控制器用于上傳光刻圖像至光場調(diào)制器，通過位移數(shù)據(jù)控制載物臺的運動。

在本發(fā)明的較佳實施例中，上述混合光刻系統(tǒng)還包括載物臺，載物臺用于承載光刻件，載物臺可在水平面內(nèi)移動，通過控制器讀取位移數(shù)據(jù)，實現(xiàn)光刻光斑與光刻件的相對運動。

在本發(fā)明的較佳實施例中，上述混合光刻系統(tǒng)還包括光電探測器，光電探測器用于采集光刻件表面反射的光線，并將產(chǎn)生的形貌數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器，控制器根據(jù)形貌數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)位相器件與光刻件之間的焦距，從而實現(xiàn)在光刻件表面聚焦。

在本發(fā)明的較佳實施例中，上述光場調(diào)制器為空間光調(diào)制器或位相光調(diào)制器。

本發(fā)明的另一目的在于，提供了一種混合光刻方法，具有直寫光刻和干涉光刻兩種功能，可進(jìn)行混合光刻，提高了光刻效率，降低了光刻成本。

一種混合光刻方法，混合光刻方法包括以下步驟：

利用光束整形器對光源發(fā)出的光線進(jìn)行整形；

利用光場調(diào)制器將整形后的光線生成圖形光；

利用反射鏡將圖形光反射至待曝光的光刻件表面實現(xiàn)直寫光刻；以及

將位相器件設(shè)置于反射鏡與光刻件之間，利用位相器件在光刻件的表面形成干涉曝光場，將直寫光刻切換為干涉光刻。

在本發(fā)明的較佳實施例中，利用光場調(diào)制器將整形后的光線生成圖形光的過程包括:利用計算機(jī)提供光刻圖像，并將光刻圖像發(fā)送至控制器，利用控制器上傳光刻圖像至光場調(diào)制器，使光場調(diào)制器顯示光刻圖像，并使整形后的光線經(jīng)過光場調(diào)制器時生成圖形光。

在本發(fā)明的較佳實施例中，利用反射鏡將圖形光反射至待曝光的光刻件表面實現(xiàn)直寫光刻后的步驟還包括：將光刻件放置在載物臺上，利用控制器根據(jù)位移數(shù)據(jù)控制載物臺沿著水平方向移動。

在本發(fā)明的較佳實施例中，利用反射鏡將圖形光反射至待曝光的光刻件表面實現(xiàn)直寫光刻后的步驟還包括：利用光電探測器采集光刻件表面反射的光線，并將產(chǎn)生的形貌數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器，控制器根據(jù)形貌數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)位相器件與光刻件之間的焦距。

本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)的光束整形器用于整形光源發(fā)出的光線；光場調(diào)制器用于將整形后的光線生成圖形光；反射鏡用于將圖形光反射至待曝光的光刻件表面實現(xiàn)直寫光刻；位相器件用于在光刻件的表面形成干涉曝光場實現(xiàn)干涉光刻。因此，本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)具有直寫光刻和干涉光刻兩種功能，可進(jìn)行混合光刻，既可以進(jìn)行微米結(jié)構(gòu)的加工，又可以進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工，提高了光刻效率，降低了光刻成本，同時為新器件和新型印材的研發(fā)提供了有效裝置。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1a是本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)進(jìn)行直寫光刻時的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b是本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)進(jìn)行干涉光刻時的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的混合光刻方法的流程示意圖。

具體實施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的混合光刻系統(tǒng)及混合光刻方法的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下:

有關(guān)本發(fā)明的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實施方式的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

圖1a是本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)進(jìn)行直寫光刻時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1b是本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)進(jìn)行干涉光刻時的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1a和圖1b所示，在本實施例中，混合光刻系統(tǒng)10包括光源11、光束整形器12、光場調(diào)制器13、反射鏡14、位相器件15、計算機(jī)16、載物臺17、光電探測器18和控制器19。

光源11用于提供光刻時需要的激光。在本實施例中，混合光刻系統(tǒng)10的光源11為激光器，但并不以此為限。

光束整形器12用于整形光源11發(fā)出的光線。在本實施例中，光束整形器12可將光線整形為平頂光束。

光場調(diào)制器13用于將整形后的光線生成圖形光。在本實施例中，光場調(diào)制器13可顯示光刻圖像，使整形后的光線經(jīng)過光場調(diào)制器13時生成圖形光。本發(fā)明的光場調(diào)制器13例如為空間光調(diào)制器或位相光調(diào)制器，但并不以此為限。

反射鏡14用于將圖形光反射至待曝光的光刻件101表面實現(xiàn)直寫光刻。

位相器件15可移除的設(shè)置于反射鏡14與光刻件101之間，位相器件15用于在光刻件101的表面形成干涉曝光場實現(xiàn)干涉光刻。具體地，圖形光被反射鏡14反射后經(jīng)過位相器件15，位相器件15將圖形光分為多束對稱的發(fā)散光束，接著位相器件15將各發(fā)散光束準(zhǔn)直為相互平行的平行光束，最后位相器件15將各平行光束聚焦于光刻件101的表面形成干涉曝光場，實現(xiàn)對光刻件101的干涉光刻。本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)10可通過移除或設(shè)置位相器件15實現(xiàn)直寫光刻與干涉光刻之間的切換；例如需要對光刻件101進(jìn)行微米結(jié)構(gòu)的加工時，可移除位相器件15，圖形光由反射鏡14反射后在光刻件101的表面形成結(jié)構(gòu)光斑，此時光線與光刻材料進(jìn)行作用實現(xiàn)直寫光刻，如圖1a所示；例如需要對光刻件101進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工時，可在反射鏡14與光刻件101之間設(shè)置位相器件15，圖形光由反射鏡14反射后首先經(jīng)過位相器件15，位相器件15對圖形光進(jìn)行聚焦，并在光刻件101的表面形成干涉曝光場，此時光線與光刻材料進(jìn)行作用實現(xiàn)干涉光刻，如圖1b所示。在本實施例中，位相器件15由多個光學(xué)元件組成，例如位相器件15包括將圖形光分散成分散光束的光柵或棱鏡、準(zhǔn)直分散光束的準(zhǔn)直透鏡、聚焦光線的聚焦透鏡等，但并不以此為限。

計算機(jī)16用于提供光刻圖像和位移數(shù)據(jù)。

載物臺17用于承載光刻件101，載物臺17可在水平面內(nèi)沿著相互垂直的兩個方向移動，實現(xiàn)光刻光斑與光刻件101的相對運動，描繪出具有一定幅面的圖形。

光電探測器18用于采集光刻件101表面反射的光線，并產(chǎn)生表示形貌數(shù)據(jù)。

控制器19用于控制混合光刻系統(tǒng)10各個部件協(xié)調(diào)運行，例如數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、運動同步控制、聚焦控制等。具體地，控制器19接收計算機(jī)16發(fā)送的光刻圖像，控制器19可上傳光刻圖像至光場調(diào)制器13，此時光場調(diào)制器13可顯示光刻圖像，使整形后的光線經(jīng)過光場調(diào)制器13時生成圖形光；控制器19還用于控制載物臺17運動，特別是根據(jù)計算機(jī)16發(fā)送的位移數(shù)據(jù)，控制載物臺17在水平面內(nèi)移動，實現(xiàn)光刻光斑與光刻件101的相對運動，描繪出具有一定幅面的圖形；控制器19還用于接收光電探測器18產(chǎn)生的形貌數(shù)據(jù)，根據(jù)形貌數(shù)據(jù)調(diào)整相位器件與光刻件101之間的焦距。值得一提的是,控制器19可根據(jù)曝光圖的周期控制光源11的關(guān)閉或開啟。

圖2是本發(fā)明的混合光刻方法的流程示意圖。請參照圖1和圖2，本發(fā)明的混合光刻方法利用混合光刻系統(tǒng)10進(jìn)行混合光刻，混合光刻方法的步驟包括：

利用光束整形器12對光源11發(fā)出的光線進(jìn)行整形；

利用光場調(diào)制器13將整形后的光線生成圖形光；具體地，利用計算機(jī)16提供光刻圖像，并將光刻圖像發(fā)送至控制器19，利用控制器19上傳光刻圖像至光場調(diào)制器13，使光場調(diào)制器13顯示光刻圖像，并使整形后的光線經(jīng)過光場調(diào)制器13時生成圖形光；

利用反射鏡14將圖形光反射至待曝光的光刻件101表面實現(xiàn)直寫光刻；具體地，將光刻件101放置在載物臺17上，利用控制器19根據(jù)位移數(shù)據(jù)控制載物臺17沿著水平方向移動；同時利用光電探測器18采集光刻件101表面反射的光線，并將產(chǎn)生的形貌數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器19，控制器19根據(jù)形貌數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)位相器件15與光刻件101之間的焦距；

將位相器件15設(shè)置于反射鏡14與光刻件101之間，利用位相器件15在光刻件101的表面形成干涉曝光場，將直寫光刻切換為干涉光刻；具體地，當(dāng)需要對光刻件101進(jìn)行微米結(jié)構(gòu)的加工時，移除位相器件15，圖形光由反射鏡14反射后在光刻件101的表面形成結(jié)構(gòu)光斑，此時光線與光刻材料進(jìn)行作用實現(xiàn)直寫光刻；當(dāng)需要對光刻件101進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工時，將位相器件15設(shè)置于反射鏡14與光刻件101之間，圖形光由反射鏡14反射后首先經(jīng)過位相器件15，位相器件15對圖形光進(jìn)行聚焦，并在光刻件101的表面形成干涉曝光場，此時光線與光刻材料進(jìn)行作用實現(xiàn)干涉光刻。

本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)10的光束整形器12用于整形光源11發(fā)出的光線；光場調(diào)制器13用于將整形后的光線生成圖形光；反射鏡14用于將圖形光反射至待曝光的光刻件101表面實現(xiàn)直寫光刻；位相器件15可移除的設(shè)置于反射鏡14與光刻件101之間，位相器件15用于在光刻件101的表面形成干涉曝光場實現(xiàn)干涉光刻。因此，本發(fā)明的混合光刻系統(tǒng)10具有直寫光刻和干涉光刻兩種功能，可進(jìn)行混合光刻，既可以進(jìn)行微米結(jié)構(gòu)的加工，又可以進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工，提高了光刻效率，降低了光刻成本，同時為新器件和新型印材的研發(fā)提供了有效裝置。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。