[发明专利]一种利用脉冲激光精确控制曝光时间的方法

说明书

技术领域

本发明是一种利用脉冲激光精确控制曝光时间的方法，用于光学曝光加工等微细加工领域。

背景技术

随着微纳光机电系统的不断发展，微小器件的快速精密加工制造已经成为其中的关键技术。利用光学曝光光敏胶的方法，不但是大规模集成电路生产中的主要技术，也是微光机电系统技术的主要加工手段，可以制作大面积和批量的微纳器件，而备受人们关注。超大规模集成电路技术追求的是光学曝光的极限分辨率，而微系统或MEMS技术追求的是光学曝光的另一个极端，即超厚胶曝光。近年来，微细技术领域在这些方面取得了巨大的飞跃，利用“波前工程”技术不断地突破传统光刻分辨率(如专利EP 1001311A1)，而LIGA技术(LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写，是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术)(如专利TW288950-B1)在高深宽比结构的制造加工中也初见成效。人们发现，光敏胶吸收的曝光剂量即总的有效曝光时间对形成的微细结构的尺寸也是至关重要的。而在传统的利用曝光方法进行曝光时间或者曝光剂量的控制上主要依赖于各种快门，通常机械快门大于微秒量级。随着，微纳制造对器件的精度的要求不断提高，对曝光剂量和曝光时间的控制要求也不断提高，传统的快门方法已经不能够实现更高精度的曝光时间的控制。

发明内容

本发明针对现有的曝光加工方法在曝光时间精度上存在的困难，提出了一种利用脉冲激光精确控制曝光时间的方法，以实现曝光时间更精密的控制。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本方法包括以下步骤：将待曝光用样品固定在平移台上，脉冲激光器发出的脉冲激光通过光路系统后作用在曝光用样品上，通过控制脉冲激光的脉冲持续时间即脉宽来控制曝光时间。

所述的脉冲激光器为毫秒级激光器、微秒级激光器、纳秒级激光器、皮秒级激光器或飞秒级激光器。

现有的飞秒(10^-15s)级激光器、皮秒级激光器、纳秒级激光器、微秒级激光器和毫秒(10^-3s)级激光器，充分利用了多种不同的激光技术如调Q技术或者锁模技术等，使得激光在时域上得到了不同的特征持续时间，而这种特征持续时间非常地短，甚至达到了飞秒量级，这是人类现在所能实现的最小时间量级的控制。在掩模曝光中，当对曝光量的精确度要求极高时，如需要达到飞秒量级的曝光时间的控制，可以利用飞秒脉冲，通过控制飞秒脉冲的脉冲个数实现剂量的精确控制；需要纳秒量级的曝光量时利用纳秒激光进行曝光，以此类推可以获得小于毫秒量级的各种曝光时间的控制。

本发明和现在的曝光时间的控制方法相比，它的特点在于充分利用了光源自身的短时间特性，通过控制单脉冲的持续时间和脉冲个数实现曝光时间的精确控制，可以用于要求对曝光时间进行极高精度控制微细加工领域。

附图说明

图1利用脉冲激光曝光的示意图

图中：1、激光光源系统(包含特征脉宽不同的毫秒脉冲、纳秒脉冲、皮秒脉冲和飞秒脉冲)，2、光闸，3、光束整形器件，4、曝光器件，5、曝光用样品，6、平移台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本实施例中的曝光系统包括激光光源系统(包含特征脉宽不同的毫秒脉冲、纳秒脉冲、皮秒脉冲和飞秒脉冲)1、光闸2、光束整形器件3、曝光器件4、曝光用样品5、和平移台6。将曝光用样品5固定在平移台6上，激光光源系统1发出的激光，通过光路系统后作用在曝光用样品5上，通过控制脉冲激光的脉冲持续时间即脉宽来控制曝光时间。也可以通过单个脉冲或者多发脉冲的联合实现对曝光时间的可控调节。

本实施例中的光路系统包括沿光的传播方向依次设置的光闸2、光束整形器件3和曝光器件4。

本实施例中利用纳秒355nm脉冲激光曝光剂量(曝光剂量指脉冲的特征时间乘以施加的脉冲个数即总的曝光时间)的精确控制，曝光物质为SU8光敏胶(使用的胶厚度为280μm)，通过掩模直接曝光，曝光能量为0.62毫焦/脉冲，曝光剂量通过脉冲个数和脉宽进行控制，激光脉宽为10ns，通过显影定影后得到的曝光深度与曝光剂量的关系如下：