[发明专利]用于激光干涉光刻系统的相位测量装置及其使用方法

说明书

本发明属于光学仪器仪表技术领域，提供了一种用于激光干涉光刻系统的相位测量装置及其使用方法，包括第一波片、第一偏振分光棱镜、第四波片、后向反射镜、第三波片、反射镜、第二波片、偏振片、第二偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、第一光电探测器、第二光电探测器和基座；所述第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第三偏振分光棱镜、第一光电探测器和第二光电探测器固定在基座上，第一波片、第二波片、第三波片及第四波片分别设置在第一偏振分光棱镜四周，偏振片与第三偏振分光棱镜出射面，后向反射镜在第四波片外侧，反射镜在第三波片外侧，组成相位测量的光路系统。干涉测量信号经解算得到测量光相位，用于变周期的干涉曝光的条纹控制。

技术领域

本发明属于光学仪器仪表技术领域，特别涉及一种用于激光干涉光刻系统的相位测量装置及其使用方法。

背景技术

光栅器件作为大型天文望远镜、惯性约束核聚变激光点火系统、光刻系统等重大工程系统中的关键器件，近年来对尺寸、栅线密度、精度等要求不断提高，同时，光栅的应用类型也不在局限于一维光栅，还包括二维光栅、弯曲光栅、变周期光栅等。光栅制造正在向米级尺寸、纳米级精度、亚万级栅线密度的量级迈进，多样化高精度密栅线的大尺寸光栅的制造成为了光栅制造领域的亟需解决的热点问题。

机械刻划、激光直写、机械拼接等传统光栅制造技术均存在不同的技术缺陷，机械刻划主要缺点包括大面积制造精度低、加工周期长、制造的光栅存在鬼线等，激光直写主要缺点包括大面积制造精度低、加工周期长等，机械拼接则存在拼接精度差、拼接过程复杂、成本昂贵等缺点。因此，上述量级光栅的制造难以通过传统技术来实现。激光干涉光刻技术是一种利用两束或者多束激光干涉产生的周期性图形曝光感光基底制造微纳阵列器件的重要技术，主要应用于制造特征尺寸低于亚波长的柱阵、光栅、孔阵、点阵、微透镜阵列等器件，这些微阵列器件广泛应用于国防、民生、科研等领域。通过激光干涉光刻技术可实现密栅线高精度、且加工周期短的大面积光栅制造，激光干涉光刻技术也逐步成为了大面积高精度光栅制造技术中的主流。干涉光刻技术在大面积高精度光栅制造的应用中的主要难点为干涉光刻系统的研发。决定干涉光刻系统中图形锁定精度的是干涉图形相位锁定系统，其中的关键模块为相位测量装置。针对高精度干涉光刻系统的研发，多个光栅制造系统公司及研究机构展开了一系列的研究，研究主要集中于高精度干涉光刻系统，对于相位测量装置的研究成果在诸多专利中均有揭露。

University of Texas at Arlington的学者提出了一种较为常用的干涉图形相位锁定系统。系统利用从两曝光光束引出的光重合入射至CCD(Charge-coupled Device)形成干涉条纹，CCD通过监测空间干涉条纹图像的移动来获取基底处干涉图形的漂移量，并将漂移量作为反馈输入至控制器，控制器控制压电陶瓷驱动反射镜座调节干涉图形相位，从而实现干涉图形的锁定，最终获取较好的曝光质量。传感器采用CCD接受光信号并进行光电转换，由于CCD分辨率与帧率的限制，难以做到高速高精度的相位调制，并不能满足高精度光栅图形的制作要求。

MIT的学者提出了一种基于零差相位测量干涉仪相位锁定系统方案。曝光光源经分光反射光路在基底处形成干涉图形。为防止干涉图形漂移，系统利用基地附近的分光镜分别提取左右曝光光束形成两路具有180°相差的干涉信号，干涉信号通过光电转换后作差放大得到电压信号。干涉图形受外界干扰影响发生相位漂移而引起电压信号变化，以电压信号作为反馈来控制电光调制器EOM(Electro-optic Modulator)调节干涉图形相位来保持电压稳定，从而实现干涉图形的锁定。锁定系统采用光电探测器作为光电转换，所用双通道零差相位测量干涉仪的测量信号为直流信号，其抗干扰能力较差不易实现高精度测量，相位求解、细分及判向也都较为困难，并非最优选择。