[发明专利]一种激光直写光刻系统

说明书

本发明公开了一种激光直写光刻系统，具体涉及微纳光学结构图案的改进技术领域。该激光直写光刻系统包括同轴线依次设置的激光器、扩束准直器、谐振腔和图像传感器，谐振腔类似于万花筒式，谐振腔包括第一凹面镜、第二凹面镜、多边形孔、输出耦合器和三面反射镜体，第一凹面镜和第二凹面镜组成谐振腔的两端，在其共焦平面形成阵列图形，多边形孔位于第一凹面镜的正前方，三面反射镜体围成谐振腔的侧壁，输出耦合器位于第一凹面镜和第二凹面镜的自共轭平面。多边形孔可以为圆形、正多边形或不规则多边形，多边形孔为对称阵列结构的基本单元。

技术领域

本发明涉及微纳光学结构图案的改进技术领域，具体涉及一种激光直写光刻系统。

背景技术

激光直写光刻是制作衍射光学元件的主要技术之一，包括激光直写、电子束直写、聚焦离子束直写等几种方法，相比于传统掩膜光刻，激光直写技术拥有无需掩膜，加工灵活，对基底表面平整度要求较低的优势。目前，激光直写技术主要应用于集成电路制造，材料表面处理与刻蚀，衍射光学元件加工，微纳原型器件制作等领域。上述直写技术需要极为复杂和昂贵的设备，单片写入时间较长，扫描速度慢，分辨率受限，制作成本高，并且直写技术很难精确控制轮廓深度。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过采用高反射率的万花筒谐振腔作为聚焦及成像的光学元件，经过万花筒的多次反射得到具有对称结构的连续性阵列图形的激光直写光刻系统。

本发明具体采用如下技术方案：

一种激光直写光刻系统，包括同轴线依次设置的激光器、扩束准直器、谐振腔和图像传感器，所述谐振腔包括第一凹面镜、第二凹面镜、多边形孔、输出耦合器和三面反射镜体，第一凹面镜和第二凹面镜组成谐振腔的两端，在其共焦平面形成阵列图形，多边形孔位于第一凹面镜的正前方，三面反射镜体围成谐振腔的侧壁 ，输出耦合器位于第一凹面镜和第二凹面镜的自共轭平面。

优选地，所述多边形孔为圆形、正多边形或不规则多边形，多边形孔为对称阵列结构的基本单元。

优选地，所述三面反射镜体由三片镜面构成三角形，根据角度的不同可分为正三角形、等腰直角三角形、直角三角形、等腰三角形三面反射镜体所成像的阵列个数随着两片镜体的夹角而变化。

优选地，将所述三面反射镜体每两镜间的夹角记为θ，θ的整数倍等于 360 度，即Nθ=360，夹角越小，所阵列的图形越多。

优选地，所述激光器发出的激光束经扩束准直器后，射入到谐振腔中，在谐振腔中经过多次反射，最后通过图像传感器采集得到谐振腔中形成的对称结构的连续性阵列图形。

优选地，所述第一凹面镜的曲率半径为R₁，对应的焦距为焦距分别为F= R₁/2，第二凹面镜的曲率半径分别为R₂，对应的焦距为F= R₂/2。

本发明具有如下有益效果：

该系统可以通过设置不同开孔元件的形状（如圆形、三角形等），及改变第一凹面镜和第二凹面镜的曲率半径（R₁、R₂）的大小及反射镜结构可以快速得到不同维数的对称结构阵列图形；由于系统结构简单，操作灵活，因此加工周期短、加工成本低而将具有较大的应用价值。

附图说明

图1为激光直写光刻系统示意图；

图2为万花筒式谐振腔示意图；

图3为图像传感器采集的谐振腔中形成的对称结构的连续性阵列图形；

图4为三块平面镜围成的万花筒，以等边三角形的柱体为例的示意图；

图5为 三块平面镜围成的万花筒，以等腰直角三角形的柱体为例的示意图。