[发明专利]全光纤激光干涉光刻设备和方法

说明书

本公开提出了一种全光纤激光干涉光刻设备及其方法。所述全光纤激光干涉光刻设备包括：输入耦合光纤，配置为将来自激光光源的相干激光光束耦合至光纤分束器；光纤分束器，配置为将来自输入耦合光纤的相干激光分束为至少两个子激光束，并且通过两个或多个输出耦合光纤输出所述子激光束；调节单元，配置为固定所述输出耦合光纤，并且调节所述输出耦合光纤的位置和角度，以调节照射到衬底上的子激光束。

技术领域

本发明涉及光刻领域。更具体地，本发明涉及使用光纤分束器的全光纤激光干涉光刻设备和方法。

背景技术

目前的激光干涉光刻系统使用玻璃分束器在自由空间中将原始的相关激光束进行分束。最初的激光束和分束后的激光束通常都在自由空间中传播。这种光学装置需要非常耗时的精确对准。改变干涉图案、尤其是改变周期要求整个光学装置的重新对准。此外，激光在自由空间中传播易受诸如空气流或空气波动之类的环境微扰。

干涉光刻是一种在覆盖大面积的阵列亚微米结构进行构图的技术。将两束或多束相干光波的干涉记录到光致抗蚀剂上来产生多种规则周期性图案的结构，包括光栅、孔洞、柱、锥体和格子。当将相干激光束分束为两个或多个束、然后在一定的区域组合并且重叠时，将形成光栅或光点的规则光强度图案。通过这些光强度图案对光致抗蚀剂材料进行曝光，并且在显影之后记录干涉图案。这种光刻技术允许使用较短的曝光时间实现大面积衬底的无掩模构图。干涉光刻可以高生产率和低成本地在较大面积上产生周期性纳米结构，因此在新兴的能量、感测、发光和其他应用中起到重要的作用。周期性图案的应用包括分布反馈(DFB)激光器、场发射显示器(FED)、液晶显示器(LCD)、先进数据存储应用、光栅、度量标准和Moth-Eye亚波长结构(SWS)。

干涉光刻是以低成本在大面积上产生周期性结构的最常用方法。两个相干光波之间的干涉是众所周知的现象，其可以通过两种不同的方案产生周期性图案，即劳埃德(Lloyd)反射镜结构和双束全息成像结构。由于不相等的光束路径和非完美反射镜，劳埃德反射镜结构局限于具有中等图案质量的小构图面积，尽管可以通过旋转样品台以改变激光束入射角度来容易地调节图案周期性。双束全息成像装置已经证明了较高的 图案质量和较大的构图面积，但是在双束全息成像装置中改变图案周期性将要求沿两个分离的光束对光学部件重新排列和重新对准，这是非常耗时并且具有挑战性的，尤其是对于小于300nm的周期。双束全息成像装置的另一个挑战是两个分离的光束可能经历不同的环境波动和它们路径上的空气扰动，导致了可能使衬底上的干涉图案模糊的相位噪声。

CN103092002A描述了一种激光干涉光刻系统，但是CN103092002A使用分立的光学元件进行激光光束的分束和传播。

US6522433B2描述了一种使用holey光纤的干涉光刻技术。该专利使用具有轴向形成的孔洞的光纤来传递激光束进行干涉光刻。然而，US6522433B仍然在自由空间中进行光束分束，并且在US6522433B2中使用的专用光纤增加了成本。(与此相对应的是，本发明使用光纤分束器进行光束分束，并且还使用普通的保偏单模光纤进行光传输)。

US8582079B2描述了一种干涉光刻系统，但是其技术方案同样是在自由空间中进行光的传播，并且利用分立光学元件进行光束的分束和传播。

Sun，Y.L.等人的“Lloyd’s mirror interferometer using a single-modefiber spatial filter”，Journal of Vacuum ScienceTechnology B，2013.31(2)报道了基于劳埃德反射镜的干涉光刻系统，但是他们主要用于具有低或者中等质量的小面积光栅构图，不能用于大面积高质量的周期性图案的光刻。