[发明专利]延长焦深的并行激光直写装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光直写技术，特别是一种延长焦深的并行激光直写装置。

背景技术

激光直写是一种可以实现亚波长、大面积和任意图案分布的低成本无掩模光刻技术。相比于有掩模光刻技术，激光直写不需要复杂昂贵的光刻机及配套的检测设备；相比于传统的激光微纳加工技术，激光直写也不需要成本高昂的大功率激光器如飞秒激光器，只需要连续工作的半导体激光器即可。只要所采用的聚焦物镜数值孔径足够大、波长足够短，激光直写技术就可以轻易实现亚微米量级的光刻线宽。更重要的是，激光直写技术从原则上来讲，可以实现任意大面积的直写图案。事实上，由于其固有的特点即单点扫描，激光直写的速率一直是约束其大范围应用和实现大面积光刻图案的关键因素。除了其固有的单点扫描的原因，影响激光直写速率和激光直写光刻图案面积的另一个重要的因素在于其有限的焦深。众所周知，光学系统的分辨率R和焦深DOF与系统成像透镜的数值孔径NA紧密相关的，即R∝λ/NA，而成像系统的焦深DOF∝λ/NA²。在波长一定的情况下，一方面，要提高激光直写的分辨本领，就必须提高系统的数值孔径NA。然而，数值孔径的提高，就意味着系统的焦深的急剧减小。焦深的急剧减小，就对自聚焦伺服系统提出了一个严峻的考验。一方面，在扫描速率不变的前提下，就需要进一步提高自聚焦系统的响应速率和聚焦精度。然而，聚焦伺服系统的响应速率通常有其本身固有的限制，这进一步限制了直写扫描速率的提高。同时，如果自聚焦响应速率跟不上或聚焦精度不够，就会出现离焦。一旦离焦，聚焦光斑会变大，分辨率下降，而且自聚焦响应速率不够还会造成聚焦物镜沿轴向高度上下波动，这会导致光刻条纹曝光不均匀等一系列问题。而另一方面，如果我们需要大的焦深，要不得不降低系统的数值孔径，这样就不得不牺牲其分辨本领。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种延长焦深的并行多路激光直写装置，以大幅度提高激光直写装置的直写速率和增大直写光刻面积。

本发明的基本思想是利用一种轴对称的三区位相延迟板和一个1×N达曼光栅，在不牺牲光刻分辨率的前提下，将传统的激光直写速率提高了N倍，同时焦深增大为原先的2倍以上。

本发明的技术解决方案如下：

一种延长焦深的并行激光直写装置，特点在于其构成包括：输出平面激光束的激光器，沿该平面激光束方向依次是1×N达曼光栅、第一透镜、振幅型空间滤波板、第二透镜、反射镜、孔径光阑、延长焦深相位延迟板、聚焦物镜、自聚焦伺服系统和二维移动平台，所述的振幅型空间滤波板位于所述的第一透镜和第二透镜的共焦平面上，所述的反射镜与所述的平面激光束成45°，N为所述的达曼光栅的最大的衍射级次，为2以上的正整数，所述的延长焦深位相延迟板的位置是所述的达曼光栅在共焦透镜组后方共轭距离处，并满足下列关系：

v1+v2=f2+(f2f1)2(f1-d)]]>

其中，f₁，f₂分别为第一透镜和第二透镜的焦距，d为所述的达曼光栅和第一透镜之间的距离，v₁为第二透镜到所述的反射镜中点之间的距离，v₂为所述的延长焦深位相延迟板到所述的反射镜中点之间的距离。

所述的延长焦深的位相延迟板为中心对称的同心三区二元位相结构，位相从内到外依次0、π、0相间分布。