[发明专利]用于大面积激光直写系统的多次迭代调平方法

说明书

本发明提供一种用于大面积激光直写系统的多次迭代调平方法，包括步骤：S1：获取待激光直写区域的三维数据，根据获取的三维数据进行平面拟合；S2：将S1拟合的平面与理想平面比较，通过容错拟合算法进行计算，指导执行器调平；S3：根据调平结果再次进行平面拟合，如果没达到设计精度要求则重复迭代，直至达到精度要求；S4：使执行器执行到最后一次迭代过程计算出的目标位置，进行激光直写。本发明提出的用于大面积激光直写系统的调平方法，可使得系统在金属薄膜、无机相变材料、光刻胶或复合薄膜等多种材料上的调平精度均达到100nm以内，有效保证了激光直写系统刻写激光的精确聚焦，从而大幅度提高样品大面积刻写的刻写质量和成品率。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种用于大面积激光直写系统的调平方法。

背景技术

目前，随着光电子器件、半导体器件以及微电子机械器件的小批量、定制化需求不断增多，高分辨率、高生产效率、低环境要求的直写式微纳加工设备越来越受到人们关注。目前主流的直写微纳加工方法有三种：电子束光刻、聚焦离子束光刻、激光束光刻。由于前两者都需要极为昂贵的成本、严苛的真空环境，且综合生产效率较低，不适合大面积、小批量定制化的器件制备。因此目前应用最为广泛的还是激光束直写光刻。

大面积激光直写系统中普遍采用的技术方案是利用振镜或多面旋转棱镜带动光束进行光栅扫描步进式移动，先实现单帧或小范围刻写，进而在此基础上借助直线电机实现大面积拼接。通过对高斯光束的光强分布模拟可知，刻写激光的焦深范围往往只有数百纳米(以405nm波长光源、NA＝0.9刻写物镜为例，其焦深约为306nm)，但超过90％以上的激光能量，聚集于该范围内，超出焦深范围，激光能量即急剧降低。所以，刻写过程中样品是否精准调平，将极大地影响刻写激光的聚焦准确性和响应灵敏性，进而极大地影响激光直写系统的刻写质量。

在实际测试中发现，如果样品精准调平，激光直写系统的大面积刻写均匀性可以达到98％以上；如果调平精度降低300nm，大面积刻写的均匀性将急剧下降到90％以下。与投影曝光式光刻系统不同，激光直写系统的样品往往不是均匀旋涂光刻胶的标准化晶圆，而是各种形态的金属薄膜、无机相变材料、光刻胶或复合薄膜，其表面结构复杂多样，精准聚焦和调平的难度极高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足之处，提供一种用于大面积激光直写系统的多次迭代调平方法，使激光直写系统在大面积高速刻写时，样品表面始终保持在焦深范围内。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种用于大面积激光直写系统的多次迭代调平方法，包括步骤：

S1：获取待激光直写区域的三维数据，根据获取的三维数据进行平面拟合；

S2：将S1拟合的平面与理想平面比较，通过容错拟合算法进行计算，指导执行器调平；

S3：根据调平结果再次进行平面拟合，与理想平面比较，如果没达到设计精度则重复迭代上述过程，直至达到精度要求；

S4：使执行器执行到最后一次迭代过程计算出的目标位置，开始进行激光直写。

通过上述自主设计的容错拟合算法进行计算，指导调平并多次迭代上述过程，最终可以激光直写系统在大面积高速刻写时，样品表面始终保持在焦深范围内，从而大幅度提高了激光直写系统在多种材料上的刻写质量和成品率。

其中，步骤S1中，使用激光干涉仪，和四象限探测器或气流位移传感器获取三维数据(激光干涉仪和四象限探测器组合，或激光干涉仪和气流位移传感器组合)，采集点的间距为0.2～2mm。

进一步地，用波长600～700nm的聚焦激光进行数据采集。

优选地，步骤S1中，获取的三维数据经过阈值过滤法，去除尖峰噪声；再使用高斯滤波对三维数组进行线性平滑，然后进行平面拟合；过滤的阈值为0.1～1μm之间。