一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高數(shù)字光刻分辨力的方法，尤其涉及一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于空間光調(diào)制器(SLM)的數(shù)字光刻方法由于其掩模設計簡單、制作成本低、制作周期短等優(yōu)點在國內(nèi)外受到廣泛的關(guān)注，但是由于受限于SLM像素尺寸及精縮投影透鏡最小成像分辨力的影響，目前基于SLM的數(shù)字光刻技術(shù)僅僅適用于制作微米量級以上的微結(jié)構(gòu)。為了突破這種制作受限，主要有兩種解決途徑:一是減小SLM的像素尺寸，另一種是提高精縮透鏡的成像分辨力。由于SLM像素尺寸的減小必須依靠微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的成熟發(fā)展，將其減小是極其困難的，因此目前國內(nèi)外針對基于SLM的數(shù)字光刻技術(shù)提高光刻分辨力的研宄主要從提高精縮透鏡的最小成像分辨力方面著手，但設計制造高分辨力精縮透鏡的成本隨著分辨力的提高成級數(shù)增長，大大制約了其發(fā)展。針對目前基于SLM的數(shù)字掩模光刻分辨力受限的問題，提出一種基于亞像素調(diào)制的數(shù)字光刻方法，以提高數(shù)字光刻的分辨力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于亞像素調(diào)制的數(shù)字光刻方法，以解決基于SLM的數(shù)字光刻技術(shù)分辨力受限問題。該方法通過控制在基底上不同SLM投影的位置小尺寸錯位，來實現(xiàn)對曝光劑量的亞像素調(diào)制，從而制作出小于單個SLM像素對應尺寸的微結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對數(shù)字光刻分辨力的提高。
[0004]本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，其特征是由同一個紫外光源系統(tǒng)發(fā)出的光通過多個級連的比例分束鏡分成若干束光強相同的平面光束，再將各束平面光以固定角度入射到多個SLM，每個SLM調(diào)制的圖形由計算機獨立進行精確控制，然后將所有SLM調(diào)制(反射或透射)的光耦合到同一個精縮透鏡參與曝光成像，以此來實現(xiàn)多個不同的SLM組合在一起同時進行曝光。每個SLM投影到基底上的位置由固定相應SLM的控制系統(tǒng)進行精細調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)可通過五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整相應SLM投影的相對位置，以此來控制不同SLM投影間的相對曝光位置?？刂破渲腥我鈨蓚€SLM，使其投影到基底的兩幅圖形在平行于基底平面的兩個方向上產(chǎn)生錯位，并且錯位距離不大于SLM投影一個像素對應的尺寸，從而使基于SLM的光刻系統(tǒng)制作出小于像素尺寸(即亞像素)的線條，實現(xiàn)基于亞像素調(diào)制提高SLM數(shù)字光刻橫向制作分辨力。
[0005]本發(fā)明所述的到達比例分光鏡的紫外光是經(jīng)過準直且均勻性較好的光，其中準直系統(tǒng)和光源光強分布均勻性調(diào)整系統(tǒng)(如平面蠅眼透鏡陣列)都包括在紫外光源系統(tǒng)中。
[0006]本發(fā)明所述的SLM包括DMD、IXD等所有反射、透射原理的空間光調(diào)制器。
[0007]本發(fā)明所述的以固定角度入射到多個SLM的固定角度因SLM的工作機理不同而調(diào)整，每個型號的SLM對應一個固定的入射角。
[0008]本發(fā)明所述的五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的五個自由度分別包括三維空間平動及兩個空間角度的轉(zhuǎn)動調(diào)整。
[0009]本發(fā)明所述的錯位是指兩個SLM投影到基底上的二維離散圖形的位置沒有一一對應在基底的相同的位置上。
[0010]本發(fā)明所述的單像素對應的尺寸是指SLM面陣中的一個微元(即單像素)經(jīng)過精縮透鏡投影到基底上投影的尺寸。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:采用多個SLM的投影同時錯位疊加曝光的方式，突破單個SLM像素尺寸限制的最小曝光分辨力，可有效解決數(shù)字光刻系統(tǒng)分辨力低的問題，實現(xiàn)高精度數(shù)字化光刻制作，大大降低高精度光刻制作成本。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例的雙SLM數(shù)字光刻系統(tǒng)示意圖。
[0013]在圖中，1、可見光LED調(diào)焦光源；2、1#快門；3、2#快門；4、紫外光源系統(tǒng)；5、1#分束鏡；6、2#SLM; 7、全反鏡；8、2#分束鏡；9、3#分束鏡；10、精縮投影透鏡；11、基底；12、三維位移臺；13、1#SLM;14、五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)；15、SLM固定支架；16、控制箱I ; 17、計算機；18、CCD ; 19、控制箱2。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例光刻分辯力提高示意圖。
[0015]在圖中，1、1#SLM中最高灰階的微元的投影；2、2#SLM中最高灰階的微元的投影；
3、兩個SLM中最高灰階微元投影的重疊部分；4、單個SLM微元投影尺寸；5、基于SLM的數(shù)字光刻系統(tǒng)最小分辨尺寸；6、亞像素調(diào)制雙SLM數(shù)字光刻系統(tǒng)最小分辨尺寸。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，以反射式SLM為例(如DMD)，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:先對系統(tǒng)進行調(diào)焦，關(guān)閉2#快門3，打開1#快門2，可見光LED調(diào)焦光源I發(fā)出的光經(jīng)1#分束鏡5 —分為二，分束后的光分別經(jīng)全反鏡到達1#SLM 13和2#SLM 6。1#SLM 13和2#SLM 6分別由計算機同時傳輸顯示不同的數(shù)字掩模。被兩路SLM調(diào)制反射的光同時穿過2#分束鏡8和3#分束鏡9到達精縮透鏡10，被1#和2#SLM調(diào)制的光同時精縮成像到基底11上。在基底11上成的像經(jīng)基底反射進入精縮透鏡，再進入3#分束鏡9，再由分束鏡9分束到達(XD18。CXD實時將采集到的圖像傳輸?shù)接嬎銠C17以便實時進行監(jiān)控，計算機可控制1#控制箱16實時對1#SLM 13的位置進行調(diào)節(jié)，同時通過控制制箱19來調(diào)節(jié)三維位移臺12，從而可精確調(diào)節(jié)基底11的位置，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的調(diào)焦。調(diào)焦后進行曝光制作，關(guān)閉1#快門2，由計算機分別輸出待制作微結(jié)構(gòu)對應的掩模圖形到1#SLM 13和2#SLM 6，然后再以提前設計的曝光時間控制2#快門3的打開時間，從而精確控制分別從1#SLM 13和2#SLM 6到達基底11的曝光劑量。為實現(xiàn)亞像素調(diào)制，1#SLM 13和2#SLM 6投影到基底上的相對位置需要精確控制，即需通過五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)14精密調(diào)整1#SLM 13的空間位置，從而使得1#SLM13和2#SLM 6投影到基底上的相對位置在平行于基底平面的某一方向上錯位小于一個像素尺寸。
[0017]如圖2所示，以采用兩個相同型號的SLM制作二元光柵為例說明亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力原理。1#SLM和2#SLM中最高灰階的微元投影1、2對應的單個SLM微元投影尺寸4相等，并且單個SLM微元的投影尺寸4與基于SLM的數(shù)字光刻系統(tǒng)最小分辨尺寸5相等。調(diào)整圖1中五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)14，使得1#SLM和2#SLM對應的投影在基底上沿著兩個SLM微元陣列分布方向錯位半個像素尺寸。由于兩個SLM對應的投影有疊加區(qū)域3，制作區(qū)域內(nèi)可制作的最小特征尺寸由單個SLM微元投影尺寸4減小到原來的二分之一，即亞像素調(diào)制雙SLM數(shù)字光刻系統(tǒng)最小分辨尺寸6變?yōu)樵瓉淼亩种?，從而使得光刻系統(tǒng)的分辨力提高一倍。
【主權(quán)項】
1.一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法，其特征在于方法步驟是: 由同一個紫外光源系統(tǒng)發(fā)出的光通過多個級連的比例分束鏡分成若干束光強相同的平面光束，再將各束平面光以固定角度入射到多個SLM，每個SLM調(diào)制的圖形由計算機獨立進行精確控制； 然后將所有SLM調(diào)制(反射或透射)的光耦合到同一個精縮透鏡參與曝光成像，以此來實現(xiàn)多個不同的SLM組合在一起同時進行曝光； 每個SLM投影到基底上的位置由固定相應SLM的控制系統(tǒng)進行精細調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)可通過五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整相應SLM投影的相對位置，以此來控制不同SLM投影間的相對曝光位置； 控制其中任意兩個SLM，使其投影到基底的兩幅圖形在平行于基底平面的兩個方向上產(chǎn)生錯位，并且錯位距離不大于SLM—個像素對應的尺寸，從而使基于SLM的光刻系統(tǒng)制作出小于像素尺寸(即亞像素)的線條，實現(xiàn)基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻橫向制作分辨力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法，其特征在于:所述紫外光源系統(tǒng)包括高壓汞燈、紫外LED、紫外激光器及所有能夠產(chǎn)生紫外線的光源，紫外光源系統(tǒng)包括準直和光源光強均勻分布調(diào)整系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法，其特征在于:所述SLM是指包括數(shù)字微鏡陣列(DMD)、液晶顯示器(IXD)、液晶附硅顯示器(LCOS)及所有SLM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法，其特征在于:所述五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)進一步可擴展為大于等于五個自由度精密調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法，其特征在于:所述錯位進一步包括在平行于基底平面的所有方向上的錯位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法，其特征在于:其中所述錯位距離進一步可擴展為任意小于SLM投影整體尺寸的任意值。
【專利摘要】一種基于亞像素調(diào)制提高數(shù)字光刻分辨力的方法，其特征是在一個多SLM數(shù)字光刻系統(tǒng)中，通過五自由度精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來調(diào)整相應SLM投影的相對位置，控制其中任意兩個SLM，使其投影到基底的兩幅圖形在平行于基底平面的兩個方向上產(chǎn)生錯位，并且錯位距離不大于SLM一個像素對應的尺寸，使基于SLM的數(shù)字光刻系統(tǒng)制作出小于單像素尺寸的線條，從而基于亞像素調(diào)制實現(xiàn)提高SLM數(shù)字光刻橫向制作分辨力。本發(fā)明所述的方法采用多個SLM的投影同時錯位疊加曝光的方式，突破由單個SLM像素尺寸限制的最小曝光分辨力，可有效解決數(shù)字光刻系統(tǒng)分辨力低的問題，實現(xiàn)高精度數(shù)字化光刻制作，大大降低高精度光刻制作成本。
【IPC分類】G03F7-20
【公開號】CN104820345
【申請?zhí)枴緾N201510265423
【發(fā)明人】張志敏, 羅寧寧, 李淑靜
【申請人】南昌航空大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月23日