[发明专利]一种具有面积微分的球面光刻系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有球面样品的投影曝光光刻系统，是一种采用面积微分的方法对球面样品分面元拼接曝光，实现不同曲率样品的表面光刻。

技术背景

传统投影光刻技术仍然是平面对平面的光刻，很难实现平面掩模对曲面样品的成像曝光；为了一次完成平面掩模对曲面样品的曝光光刻，采用特殊的投影物镜系统，矫正像场弯曲，这只能针对特定曲率面形的样品，对于不同曲率面形的样品无能为力；对于目前直写类光刻，例如：激光，电子束、离子束等聚焦直写技术，如配有特殊的载物台虽然能够满足球面光刻要求，但这种方法属于点对点加工，加工效率极低，成本高，不适合量化生产型制作。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服以上不足，本发明提供一种具有面积微分的球面光刻系统，利用该装置可以实现不同曲率样品的表面光刻，且具有结构简单、性能可靠，对曲率变化的样品加工具有很好的灵活性，生产效率高的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有面积微分的球面光刻系统，由光源、照明系统、掩模图形发生器、计算机控制系统、投影成像系统和载物台组成；光源为光刻系统提供所需曝光波长的照明光，该照明光通过照明系统平行化和均匀化后，照明掩模图形发生器，通过计算机控制系统控制掩模图形发生器提供掩模图形，同时计算机控制系统根据样品的曲率和投影成像系统的焦深将曝光场细分为若干面元，使掩模图形发生器对于单个面元成像不离焦，投影成像系统将掩模图形发生器提供的掩模图形成像于安装于载物台的样品上，计算机控制系统根据球面样品的曲率确定载物台的摆动长度以及二维运动，对平面掩模进行面积微分，实现不同曲率样品的表面拼接光刻。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过计算机控制掩模图形发生器，选择一次曝光面积的大小和整个样品的曝光次数，对曝光场进行细分，根据所需光刻的球面样品的曲率和投影物镜的成像焦深对平面掩模进行面积微分，实现不同曲率样品的表面光刻。

(2)本发明采用分步投影成像技术，即计算机控制系统根据样品的曲率和投影成像系统的焦深，将曝光场细分为若干面元，使掩模图形发生器对于单个面元成像不离焦，通过载物台带动样品经纬摆动完成整个曝光场成像的拼接用于曲面样品光刻，解决了平面掩模曲面成像的场曲匹配问题。

(3)本发明由一个掩模图形发生器、一个投影成像系统和载物台构成，更换掩模方便、曝光面元的选择简便，曝光的拼接通过控制载物台的二维摆动运动即可完成，不需要复杂的系统控制，大大提高了可靠性。

(4)传统的投影光刻只能对平面样品光刻，对于曲面样品尤其是两样品的曲率不同则无能为力，而对本发明而言，只需改变掩模图形发生器面元的细分尺寸和载物台的伸缩轴的长度即可实现，因此具有较好的灵活性。

(5)传统的直写光刻是点对点加工配合工件台升降，虽然可以实现曲面直写，但效率极低，而本发明采用的是面积微分，生产效率大大提高。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为图1中投影成像系统结构图；

图3为图1中载物台结构图；

图4为图3中载物台转动机构示意图；

图5为本发明的计算机控制原理框图；

图6为本发明的曲面光刻拼接原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例由光源1、照明系统2、掩模图形发生器3、计算机控制系统4、投影成像系统5、载物台6组成。光源1为光刻系统提供所需曝光波长的照明光，照明光通过照明系统2平行化和均匀化后，照明掩模图形发生器3，通过计算机控制系统4控制掩模图形发生器3提供掩模图形，同时计算机控制系统4根据样品的曲率和投影成像系统5的焦深分割曝光场，使曝光单元内成像不离焦，投影成像系统5将掩模图形发生器3提供掩模图形成像于样品上，载物台6用于安装样品，计算机控制系统4根据样品的曲率确定摆动轴长度以及驱动样品二维运动实现球面光刻的拼接。

本发明的工作过程为：首先进行曝光单元尺寸，根据样品的曲率，通过计算机控制系统4分割曝光单元，确定载物台6的伸缩轴长度，然后拼接光刻，光源1发出的光经过照明系统2后形成均匀的平行照明光束入射到掩模图形发生器3上，通过计算机控制系统4的控制使在掩模图形发生器3上形成均匀的远心照明，该照明光经过图形发生器3的调制后，携带着面元图形通过投影成像系统5成像于载物台6上的样品表面，完成一个面元的光刻，然后计算机控制系统4控制载物台6带动样品经纬摆动完成整个曲面的拼接曝光。