[发明专利]一种基于DMD数字掩膜的双光束激光直写方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于DMD数字掩膜的双光束激光直写方法和装置，该装置包括两路光，每路光各含一个DMD加载相应的数字图形，其中一路光中的DMD加载待刻写的实心图形，用于引发光刻胶的聚合反应；另一路光中的DMD加载所述实心图形对应边缘的空心图形，用于抑制光刻胶的聚合反应；将两路光进行合束后使两个图形投影到样品面上并实现严格对准。本发明通过DMD产生数字掩膜在实现快速面直写的基础上，通过双路激光分别进行引发和抑制光刻胶聚合可提高直写分辨率。利用本发明，有望实现高速高分辨激光直写，为纳米加工技术实现大批量生产提供新思路。

技术领域

本发明涉及超精密光学刻写领域，具体地，涉及一种基于DMD数字掩膜的双光束激光直写方法与装置。

背景技术

随着纳米技术的不断发展，各个领域中所要求加工的器件结构的尺寸越来越小。由于受到光学衍射的限制，光刻系统的分辨率始终局限在（其中，为与刻写工艺相关的常数， 为激光波长，为刻写物镜的数值孔径），因此探索提高光刻系统的分辨率成了光刻技术中的重大而紧迫的需求。2009年，受到受激辐射损耗显微成像技术（STED）的启发，激光直写技术利用双光束同时作用于光刻胶，其中一束汇聚的高斯光斑用于引发光刻胶产生聚合反应，另一束空心光汇聚于实心光边缘，使该区域产生类似于STED的受激辐射效应（根据不同的材料亦有可能是其他效应），从而抑制实心光斑边缘区域的聚合反应，仅使空心光斑中心区域光强接近于零那非常小的区域实现聚合，大幅提高了微纳加工的精度。自此，基于双光束的激光直写技术逐渐发展，并取得突飞猛进的发展，利用该方法可以获得从传统200 nm到小于10 nm的激光直写分辨率。

由于激光直写技术采用的是点扫描进行逐点加工的方式，其主要存在的问题是刻写速度较慢，极大的影响了激光直写的加工效率，大大制约了其走向大规模批量化生产的道路。而在传统光刻领域，采用掩膜曝光的方式，具有极高的加工效率，在大规模集成电路的制造中具有突出优势。然而，随着加工分辨率的提升，传统掩模版的制造成本也随之增高。由于DMD具有分辨率高、成本低、以及灵活操控等特点，逐渐被应用到数字掩模光刻领域中来。通过计算机在其上加载任意图形，并对其进行实时控制，可实现复杂图形的数字掩膜，因此基于DMD的数字掩膜光刻技术可以制作出结构复杂、形状特殊的微纳结构。利用DMD取代传统光刻技术中的掩模版的方法因此成为近年来光刻领域的一项重要技术，各国也大力推进这一技术的研发。

基于以上背景技术，本发明专利结合上述两种技术，提出一种基于DMD数字掩膜的双光束激光直写方法和装置，采用双光束以及两个DMD加载数字图形，以期实现分辨率与刻写速度的同时提升。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于DMD数字掩膜的双光束激光直写方法。

本发明的具体技术方案如下：

用于引发光刻胶材料光聚合反应的激发光路、用于抑制光刻胶材料光聚合反应中某个关键环节（如自由基引发单体聚合等）的去激发光路、用于两路光合束的合束器以及用于图形投影的场镜和物镜；

设有沿激发光路依次设置的：

第一激光器，用于产生激发光，其波长可以引发光刻胶材料的光聚合反应；

第一半波片，用于旋转激发光束的线偏振方向；

第一光束准直器，用于对激发光进行扩束并准直，使其出射光斑强度均匀分布、大小可覆盖第一DMD芯片面积；

第一DMD，用于通过计算机在其上加载待刻写的实心图形；

设有沿去激发光路依次设置的：

第二激光器，用于产生去激发光，其对应波长可以终止或抑制待刻样品引发光聚合反应中的某个关键环节，从而抑制其光聚合反应；

第二半波片，用于旋转去激发光的线偏振方向；

第二光束准直器，用于对去激发光进行扩束并准直，使其出射的光斑强度均匀分布、大小可覆盖第二DMD芯片面积；

第二DMD，用于通过计算机加载第一DMD 所加载的实心图形对应的边缘空心图形；