一种双光束曝光系统中光栅衍射波面误差的反馈调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光栅衍射波面误差的反馈调节方法，特别是关于一种双光束曝光 系统中光栅衍射波面误差的反馈调节方法。
【背景技术】
[0002] 传统的双光束曝光系统中通常使用准直透镜将空间滤波器出射的球面波准直为 近似平行光，两束平行光以一定夹角入射到涂布了光刻胶的基板上，周期性的干涉场被光 刻胶记录，显影后形成浮雕型光栅。准直透镜的使用可以在很大程度上减小球面波直接干 涉形成的双曲形干涉像差。在啁啾激光脉冲压缩放大系统中，衍射光栅是关键的核心元件 之一，为了提高系统的压缩效率和最终激光脉冲的能量密度，需要使用大尺寸且衍射波面 误差小的光栅。通过旋转基板和两次曝光的方法，可以利用传统的双光束曝光系统获得二 维光栅。二维光栅相对于激光干涉仪具有受环境影响小、同时测量多方向的位移、减小阿贝 误差等优点，已经在半导体加工等领域，被广泛用于替代激光干涉仪进行位移测量。但这些 位移测量系统，对二维光栅的尺寸和衍射波面误差也提出了较高要求。
[0003] 使用大尺寸的非球面镜搭建双光束曝光系统，可以同时提高光栅制作的尺寸和衍 射波面质量，但是加工大尺寸的非球面镜的成本是非常高的。MIT(美国麻省理工大学）开 发的扫描拼接技术，也可以在提高光栅尺寸的同时，保证光栅的衍射波面误差具有较高的 精度。但是这种扫描曝光的方法，也有成本高，难以复制的缺点。对于使用球面透镜作为准 直镜的双光束曝光系统，中国科学院上海光学精密机械研宄所和苏州大学信息光学研宄所 通过研宄，提出了一种叠栅条纹法：通过制作一块光栅，绕法线旋转180°之后放回原处， 观察两侧光束的衍射级次之间的干涉条纹。如果系统有较大的离焦误差，可以看到环形条 纹，根据条纹可以对光路的离焦进行调节。通过此方法，可以较容易获得低精度的衍射波面 误差，但是要获得更高精度的波面误差就比较困难，因为点光源的横向误差无法通过这种 方法进行调节，而且肉眼判断条纹扭曲的精度也比较受限。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种可精确地调节双光束曝光系统中光栅衍 射波面误差的双光束曝光系统中光栅衍射波面误差的反馈调节方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双光束曝光系统中光栅衍射波 面误差的反馈调节方法，包括以下步骤：
[0006] 1)搭建一包括有激光器、分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一扩束 准直系统、第二扩束准直系统和基板的双光束曝光系统，所述基板表面涂有光刻胶；所述第 一扩束准直系统和所述第二扩束准直系统呈对称设置且结构相同，均包括显微物镜、针孔 滤波器和球面准直透镜；所述激光器发射的激光经所述分束镜进行分束，经所述分束镜反 射的激光发射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射的激光依次经所述第一扩束准直 系统的显微物镜、针孔滤波器和球面准直透镜准直扩束成平行光后发射到所述基板；经所 述分束镜透射的激光经所述第二反射镜发射到所述第三反射镜，经所述第三反射镜反射的 激光依次经所述第二扩束准直系统的显微物镜、针孔滤波器和球面准直透镜准直扩束成平 行光后发射到所述基板；经所述第一扩束准直系统和所述第二扩束准直系统出射的平行光 在所述基板表面发生干涉，形成周期性的干涉条纹，所述光刻胶记录了干涉光场之后，通过 显影形成浮雕型光栅图像；
[0007] 2)在基板表面建立三维直角坐标系OfXJaZ。，其中，原点坐标0。位于理想情况下 所述第一扩束准直系统出射的平行光主光线和所述第二扩束准直系统出射的平行光主光 线在所述基板的交点，\轴的方向为垂直于所述基板的法线偏向所述第二扩束准直系统的 方向，Z。轴的方向为沿所述基板的法线指向所述基板的内部；
[0008] 在第一扩束准直系统中建立三维直角坐标系h-XJA，原点坐标位于所述第一 扩束准直系统中的球面准直透镜的节点，Yi轴的方向和所述三维直角坐标系0 Y ^ 轴方向相同，Zi轴的方向为沿着所述第一扩束准直系统光轴方向向前；在所述第二扩束准 直系统中建立三维直角坐标系〇2-x2y2z 2，原点坐标02位于所述第二扩束准直系统中的球面 准直透镜的节点，Y2轴的方向和所述三维直角坐标系0 Y^轴方向相同，Z2轴的方 向为沿着第二扩束准直系统的光轴方向向前；
[0009] 3)根据所述基板上得到的浮雕型光栅图像制作得到一光栅样品；
[0010]4)采用斐索干涉仪测量步骤3)中制作得到的光栅样品的±1级衍射波面误差，将 测量结果进行减法运算，获得双光束曝光系统的干涉像差信息；
[0011] 5)采用泽尼克多项式拟合方法对步骤4)中得到的双光束曝光系统的干涉像差进 行拟合计算，估算双光束曝光系统的实际点光源位置误差和基板位置误差；
[0012] 6)对双光束曝光系统的实际点光源位置误差和基板位置误差进行调节，具体调节 过程为：
[0013] 6. 1)沿Zi方向调节第一扩束准直系统中点光源位置或沿Z2方向调节第二扩束准 直系统中点光源位置，使得第一扩束准直系统和第二扩束准直系统的离焦量相等，实现由 离焦误差导致的干涉像差的补偿；
[0014] 6. 2)通过沿XJPYi方向调节第一扩束准直系统中点光源的位置或沿X2和Y2方 向调节第二扩束准直系统中点光源的位置，使得第一扩束准直系统和第二扩束准直系统出 射的平行光主光线在基板表面入射到同一点；或者只沿1方向调节第一扩束准直系统中点 光源的位置或只沿1方向调节第二扩束准直系统中点光源的位置，同时沿着基板的法线方 向移动基板使得第一扩束准直系统和第二扩束准直系统的出射光主光线在基板表面入射 到同一点，消除由于第一扩束准直系统和第二扩束准直系统出射的平行光主光线在基板表 面入射点不同导致的干涉像差；
[0015] 7)采用调节后的双光束曝光系统重新制作光栅样品；
[0016] 8)如果重新制作的光栅样品的衍射波面误差不能达到预定要求，重复步骤4)? 7)，直至达到预定要求为止。
[0017] 所述步骤4)中采用斐索干涉仪测量步骤3)中制作得到的光栅样品的±1级衍 射波面误差，将测量结果进行减法运算，获得双光束曝光系统的干涉像差信息，包括以下步 骤：
[0018] (1)光栅样品的±1级衍射波面误差的表达式如下：
[0019]
【主权项】
1. 一种双光束曝光系统中光栅衍射波面误差的反馈调节方法，包括以下步骤： 1) 搭建一包括有激光器、分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一扩束准直 系统、第二扩束准直系统和基板的双光束曝光系统，所述基板表面涂有光刻胶；所述第一扩 束准直系统和所述第二扩束准直系统呈对称设置且结构相同，均包括显微物镜、针孔滤波 器和球面准直透镜；所述激光器发射的激光经所述分束镜进行分束，经所述分束镜反射的 激光发射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射的激光依次经所述第一扩束准直系统 的显微物镜、针孔滤波器和球面准直透镜准直扩束成平行光后发射到所述基板；经所述分 束镜透射的激光经所述第二反射镜发射到所述第三反射镜，经所述第三反射镜反射的激光 依次经所述第二扩束准直系统的显微物镜、针孔滤波器和球面准直透镜准直扩束成平行光 后发射到所述基板；经所述第一扩束准直系统和所述第二扩束准直系统出射的平行光在所 述基板表面发生干涉，形成周期性的干涉条纹，所述光刻胶记录了干涉光场之后，通过显影 形成浮雕型光栅图像； 2) 在基板表面建立三维直角坐标系OcrX^A，其中，原点坐标h位于理想情况下所述 第一扩束准直系统出射的平行光主光线和所述第二扩束准直系统出射的平行光主光线在 所述基板的交点，\轴的方向为垂直于所述基板的法线偏向所述第二扩束准直系统的方 向，Z。轴的方向为沿所述基板的法线指向所述基板的内部； 在第一扩束准直系统中建立三维直角坐标系h-XJA，原点