[发明专利]一种用于DMD光刻成像系统的自由曲面透镜的设计方法

说明书

一种用于DMD光刻成像系统的自由曲面透镜及其设计方法，属于光学技术领域，DMD单微镜与自由曲面透镜的距离为1mm，自由曲面透镜的材料为硅晶体，外轮廓尺寸为12mm×21mm，厚度为1mm，前表面面型为平面，后表面面型为自由曲面，最大畸变量为10.63μm，方法包括计算能够平滑光刻图案边缘的DMD单微镜的线性错位，设计具有特殊畸变特性的自由曲面透镜，投影成像系统的建模，本发明可以缩小DMD扫描光刻图案边缘锯齿，以获得最佳的光刻图形质量。

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别是涉及到应用在基于数字微镜阵列的光刻系统中的解决DMD无掩模扫描光刻图案边缘存在锯齿这一问题的具有特殊畸变的自由曲面透镜。

背景技术

微光电器件的迅速发展使基于DMD的无掩模扫描光刻技术受到了人们的广泛关注。其光刻过程是利用计算机优化产生一系列“虚拟”的数字图形，并控制投影曝光设备把图形一幅幅地投影到基片上。在光刻过程中，其它方向由于没有扫描方向的曝光能量叠加，刻线边缘存在锯齿问题，不光滑，这极大地降低了DMD扫描光刻图案的质量。

目前，缩小DMD扫描光刻图案边缘锯齿的方法主要有三种：

(1)灰度刻写技术，通过脉冲宽度的调节控制单微镜的翻转时间，形成不同的灰度等级图案，达到缩小光刻图案边缘锯齿的目的。但是，刻写复杂图案时，由于需要处理与传输复杂的数据，其刻写效率受到了限制。(2)提高成像透镜的缩小倍率，这在一定程度上提高了光刻图案的质量，但是随着成像透镜缩小倍率的增大，系统对焦难度加大，同时单次扫描刻写面积急剧减小，光刻效率降低。(3)倾斜光刻平台或DMD，使单像素的曝光能量在扫描方向外叠加。但是存在倾斜角度难以精确控制，系统的装调难度增加等问题。

为此，如何在不改变光刻效率和增加系统装调难度的前提下，提高光刻图案质量，是亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于DMD光刻成像系统的自由曲面透镜的设计方法，可以缩小DMD扫描光刻图案边缘锯齿，以获得最佳的光刻图形质量。

一种用于DMD光刻成像系统的自由曲面透镜的设计方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、计算能够平滑光刻图案边缘的DMD单微镜的线性错位

设定y方向为光刻扫描方向，j、i分别为DMD单微镜所在行和列，DMD单微镜的数量为i×j，L为DMD单微镜的边长，S为投影透镜的放大倍率，θ为安装该自由曲面透镜后与安装前对应列中每一个微镜成像后中心连线所成偏转角度，获得垂直于扫描方向上DMD单微镜的线性错位量为Δx_j，Δx_j＝S×L×(j-1)×tanθ；

步骤二、设计具有最大畸变量10.68μm的自由曲面透镜

由上至下按照光线路径依次设置DMD单微镜、自由曲面透镜、投影成像透镜以及光刻基板，建立直角坐标系，获取入射光线单位方向矢量参数，Matlab软件中采用马夸尔特算法进行多项式拟合后，获得自由曲面透镜的矢高z的最大值小于0.8236mm；

步骤三、投影成像系统的建模

将自由曲面透镜面型导入光学软件Zemax中，获得该自由曲面透镜模型。

所述步骤一中安装该自由曲面透镜后与安装前对应列中每一个微镜成像后中心连线所成偏转角度为θ的光刻图案曝光总能量E_n的表达式为：

式中，P_i,j为单微镜中心光功率，t为时间积分变量，n为光刻图案像素的数目，M为扫描方向上单微镜的数目。