一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法

本发明属于光学元件微纳加工，具体涉及一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法。

背景技术：

1、极紫外光刻物镜是极紫外光刻机的关键部件之一，极紫外光刻物镜中的光学元件面形高精度检测是其中的关键问题。

2、为了解决极紫外光刻物镜系统中的非球面面形检测问题，研究人员提出了基于计算全息的高精度零位干涉测量方法。区别于传统的球面零位干涉原理，这种基于计算全息的高精度零位干涉测量方法根据非球面的表面梯度分布，设计了计算全息片（cgh）作为相位补偿器件，用于弥补非球面的相位偏差，从而实现高精度的非球面面形检测，以及拓展到光学系统装调。

3、现有加工分为电子束直写和激光直写；电子束精度高，可加工0.5μm以下的器具，但造价高昂，极不方便；激光直写精度在μm量级，但优点是成本低、写入速度快、操作简单、工作环境要求低。

4、现有的激光直写加工工艺使得环线型计算全息片（cgh）的特征线宽停留在微米量级，同时依赖多台阶的刻蚀加工，大大限制了计算全息图的精度进一步提高，从而影响了极紫外光刻物镜系统的成像分辨率，进而限制了极紫外光刻机进入更高精度的芯片加工阶段。极紫外光刻物镜光学元件面形检测精度低，是限制极紫外光刻机投入生产使用阶段的重要因素之一。

5、比如，文献（赵龙波等, 用于非球面检验的激光直写高精度计算全息图制作, 激光与光电子学进展, 2014, 51 (11): 110902）中公开了：为实现高精度非球面的面形误差检测，对激光直写计算全息图(cgh)的关键技术进行研究，以获得最小线宽偏差为目的，制作最小线宽1.8μm。

6、再比如，文献（chan k f, feng z, yang r, et al. high-resolution masklesslithography [j]. journal of micro/nanolithography, mems, and moems, vol. 2,issue 4, october 2003）中使用dmd激光直写，制作最小线宽为1.5μm。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种极紫外物镜装调全息图的制备系统和制备方法，可以实现高通量刻写，提高刻写效率，同时能够生产出亚波长纳米结构的大面积计算全息片（cgh），进一步降低了计算全息片的特征线宽，采用亚波长纳米结构的大面积计算全息片，解决了现有极紫外光刻物镜系统中，非球面面形高精度检测需求。

2、本发明首先提供了一种极紫外物镜装调全息图的制备系统，包括刻写子系统和成像照明子系统，所述刻写子系统包括激光器和光纤阵列，所述光纤阵列包括若干根成阵列排列的光纤，

3、所述激光器包括多个，各激光器与所述光纤阵列中的光纤一一对应，通过控制激光器的开关强弱来实现当前需要有光出射的光纤出射激光强弱，

4、所述刻写子系统还包括沿光路从上游到下游布置的第一物镜、场镜、第一二向色镜、第二物镜和工作台组件，所述工作台组件包括用于放置待加工基板、可在三个维度方向上移动的工作台、可在xy方向0~5°任意调节的偏摆台。

5、优选的，所述光纤阵列中，各光纤的出射端排列成两行，每行包括多根，各光纤的光照射到所述工作台上时形成的光斑阵列也为两行，每行包括多个，所述工作台还能垂直所述光斑阵列中每行的延伸方向进行倾斜偏摆以调节各光纤的出射激光照射在待加工基板上时形成的两行光斑之间的间距。比如，做成2行，每行40~50根光纤。

6、更优选的，各光纤一端与激光器耦合作为入射端，另一端集束固定在一起作为出射端，各光纤的出射端组成所述光纤阵列的出射面。

7、通道间距可调具有以下几方面的作用：

8、（1）图案质量：通道间距的调整可以优化图案的清晰度和边缘锐利度，从而提高图案的质量。

9、（2）曝光均匀性：在光刻过程中，光线需要均匀地照射到整个曝光区域，以确保图案的一致性和准确性。通过调整通道间距，可以优化光线的分布和均匀性，减少曝光不均匀带来的图案偏差和不一致性。

10、（3）刻蚀选择性：在后续的刻蚀过程中，需要保证光刻图案的选择性，即只刻蚀目标材料而不损伤其他区域。通过调整通道间距，可以优化刻蚀气体的分布和流动，提高刻蚀选择性，从而实现更精确的刻蚀控制。

11、（4）生产灵活性：不同的应用和需求可能需要不同的通道间距，通过调整通道间距，可以适应不同的光刻要求和工艺参数。这样可以提高光刻系统的适用性和灵活性，满足不同客户的需求。

12、优选的，所述第一物镜用于将光纤阵列中各光纤出射的发散光调制为准直光；

13、所述场镜用于对准直后的调制激光进行调制，包括沿光路从上游到下游布置的第一场镜和第二场镜，第一场镜与第二场镜光轴保持一致且距离为焦距的两倍；

14、所述第一二向色镜位于第二场镜的下游，且与第二场镜中心保持一致而角度成45°角；

15、所述第二物镜中心与第一二向色镜保持一致；

16、所述工作台组件还包括驱动工作台在三个维度方向上移动的三维移动机构。

17、更优选的，所述第二物镜的倍数为第一物镜倍数的20倍，所述第一物镜为5~10倍物镜，所述第二物镜为100~200倍物镜；

18、所述第一物镜与第一场镜之间的光路上还设有用于将激光进行转向的反射镜。反射镜包括第一反射镜和第二反射镜。

19、激光器发出的光经光纤阵列传送入光路，在被第一物镜调制后由发散光变为准直光；第一反射镜和第二反射镜将准直光反射入第一场镜，随后第一场镜与第二场镜对准直后的所述调制激光进行调制，在延长光路的同时可将此部分视为4f系统；第一二向色镜将所述调制激光在光纤阵列不同出射点下均可完整覆盖所述第二物镜的入瞳并充满整个入瞳面保证能量尽量没有损耗；第二物镜使得所述调制激光聚焦在工作台组件上的刻写面。

20、整个光路系统为了容纳更多的通量，来实现更高速的加工，同时为了提高系统的稳定性和加工质量，并实现更高的分辨率和精度。可以采用三个4f系统，其中第一物镜与第一场镜、第一场镜与第二场镜、第二场镜与第二物镜分别构成了结构严密、排列整齐的4f系统。这就使得从光纤阵列中排列紧密的激光点源经先经过第一物镜与第一场镜组成的4f系统共轭至第一场镜与第二场镜的中心处位置，再经过第二场镜与第二物镜组成的4f系统共轭至工作台组件从而进行加工。

21、刻写子系统中光纤阵列出射端、第一场镜与第二场镜中心、工作台组件上的刻写面，三者两两共轭，保持非常精密的物象关系；第一物镜、第一场镜、第二场镜与第二物镜，任意两者之间的距离严格等于两者焦距之和。

22、工作台组件中工作台包括调倾台、xy轴位移台和z轴位移台，工作台上放置待刻写的基板，光刻胶被均匀覆盖在基板的刻写面上，第二物镜可直接浸入光刻胶在光刻胶与基板的交界处进行刻写，调倾台保证刻写面始终位于水平状态，xy轴位移台与z轴位移台协同工作以控制基板与光刻胶的移动，实现任意三维微纳结构的加工。

23、优选的，所述成像照明子系统包括led光源、透镜、工业相机、第二二向色镜和第三场镜，

24、所述led光源发光经所述透镜、第二二向色镜和第三场镜后再通过第一二向色镜和第二物镜形成临界照明对放置于工作台组件上的基板进行照明，

25、所述工业相机用于对照明后的基板进行成像。

26、样品聚合过程中产生的荧光信号经样品透射通过第二物镜与第三场镜进行收集，进而入射到第二二向色镜上最后在工业相机上成像。

27、光刻胶的折射率与第二物镜所匹配的镜油折射率相同，第二物镜可直接浸入光刻胶在光刻胶与基板的交界处进行刻写，提高加工分辨率。

28、本发明又提供了一种极紫外物镜装调全息图的制备方法，使用所述极紫外物镜装调全息图的制备系统，所述制备方法包括以下步骤：

29、步骤1：在基板表面涂抹双吸收胶后，放置在工作台上；

30、步骤2：根据所需刻写极紫外物镜装调全息图的图案进行刻写，刻写时根据所述光纤阵列的大小对基板表面进行分区先后刻写，每个区域刻写时，根据所需刻写极紫外物镜装调全息图在该区域中的图案来确定激光器与光纤相对移动和/或开关强弱，从而刻写出该区域的图案。

31、优选的，分区时，每个区域的宽度对应所需刻写极紫外物镜装调全息图上2μm~0.1mm。这个范围内可以满足大部分cgh的设计目标。

32、优选的，步骤2中，将设计好的所需刻写极紫外物镜装调全息图的gds文件输入到控制系统，经图形解析软件进行解析，解析成按所需刻写极紫外物镜装调全息图上区域进行划分的数据文件，数据文件包括每一次刻写时激光器与光纤相对移动和/或开关强弱的指令以及工作台移动的指令，由控制系统根据指令来控制刻写的进行。

33、优选的，所述基板上图案刻写完成后，进行显影、清洗形成光刻胶图形，然后以光刻胶为掩膜进行刻蚀，刻蚀完成后去除残留的光刻胶，完成所述极紫外物镜装调全息图的制备。刻蚀时，以光刻胶为掩膜进行干法刻蚀，其中刻蚀气体为三氟甲烷（chf）和氧气的混合气体；刻蚀后再次使用丙酮去除表面残留的光刻胶，此时，已经完成位相型计算全息图的加工；之后使用金属掩膜对主衍射区域进行遮挡镀反射膜，最终形成所需要的极紫外物镜装调全息图。

34、基板常用的可以是蓝宝石玻璃、石英、普通的玻璃、硅基板等。优选的，所述基板为蓝宝石玻璃基板；所述双吸收胶中光引发剂为苯偶酰（benzil），质量百分比为1.7wt%；自由基猝灭剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯（bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl-1-oxyl) sebacate，btpos），质量百分比为2.1wt%；余量为作为单体的季戊四醇三丙烯酸酯（pentaerythritol triacrylate，peta）。在使用蓝宝石玻璃作为基板的情况下，使用上述配方的双吸收胶能够获得更理想的刻写效果，刻写质量更好，并且进一步降低线宽。

35、本发明极紫外物镜装调全息图的制备系统通过刻写子系统中激光器和光纤阵列的设置，所述光纤阵列包括若干根成阵列排列的光纤，激光器也包括多个，在刻写时，可以将基板表面进行分区，类似于打印机一样进行一行一行逐区域地刻写，每一块刻写区域的大小根据所述光纤阵列的大小对应进行设置，每次完成一个区域的刻写，每个区域刻写时，根据所需刻写极紫外物镜装调全息图在该区域中的图案来确定激光器与光纤相对移动和/或开关强弱，从而刻写出该区域的图案。光纤阵列结构的设计可以实现高通量，同一时间由于光纤阵列中有多根光纤，所以通量是常规刻写的多倍。

36、本发明通过光纤阵列的设计，可以实现高通量刻写，提高刻写效率，同时能够生产出亚波长纳米结构的大面积计算全息片（cgh），进一步降低了计算全息片的特征线宽，线宽可以达到nm级别，采用亚波长纳米结构的大面积计算全息片，解决了现有极紫外光刻物镜系统中，非球面面形高精度检测需求。