CN105652607A - 一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法，属于光学技术领域，是利用积分球对CCD相机标定，将DMD物面分为N×N的矩形区域阵列，进而得到每一个矩形区域的光强分布，得到像面的整体光强分布图及DMD面上的整体光强分布，完成光强不均匀性的测量；获取一维光强分布，选取基准值获取所需关闭的像素及照明校正板，完成光强不均匀性的校正。本发明是对光强不均匀性的预先测量与校正，结合扫描曝光中对每个像素点的曝光次数的控制来实现的，保证最终的照明均匀度达到95%。

Description

一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，主要应用在基于数字微镜阵列(DigitalMicromirrorDevices,DMD)的光刻系统中，是一种光强不均匀性的测量与校正方法。
背景技术
数字微镜阵列(DMD)具有较高的分辨率、对比度、灰度等级和响应速度等优点，不仅已成功地应用于数字投影设备，近几年其应用领域得到较大地扩展，其中包括数字光刻。基于DMD的数字光刻系统是近几年兴起的新型微细加工设备，它被应用于诸多加工领域，包括印制电路板、微光学元件、3D模型等。该系统主要包括照明光源、数字微镜(DMD)以及投影光刻物镜；其中照明光源的均匀性直接影响光刻图案的曝光质量，为了保证较好的刻写线条，照明光源的均匀度指标一般在95％以上；目前，对于高压汞灯、激光光源和LED光源，普遍从光学方法上进行匀光，比如使用匀光棒、微透镜阵列等，但是系统的结构复杂，同时系统的装调精度要求较高，因此很难达到所要求的均匀度指标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于扫描式数字光刻机的光强不均匀性测量与校正方法，以解决传统光学校正技术所造成的系统结构复杂以及系统装调精度要求高等问题。
本发明的技术方案是采用以下步骤实现：
1、光强不均匀性的测量
1)利用积分球对CCD相机标定，以去除CCD随机噪声对测量结果的影响；
2)将DMD物面分为N×N的矩形区域阵列；
3)利用已标定的CCD相机在光刻系统的像面位置B次采集每一个矩形区域的光强信息(灰度值)，取B次采集结果的平均值，去除随机误差的影响，得到每一个矩形区域的光强分布；
4)将区域的光强分布图合并，得到像面的整体光强分布图；
5)将所合并的像面光强分布图，根据光刻物镜的放大倍率的倒数1/M，放大至DMD物面实际的矩形区域尺寸，得到DMD面上的整体光强分布；
2、光强不均匀性的校正
1)各行叠加后，获取一维光强分布。
根据扫描曝光的原理，某一曝光点的总能量是沿着扫描方向整行(或整列)像素的曝光量之和，因此，实际反映均匀性的是各行(或各列)所有像素的强度值被叠加后的一维分布。
2)选取基准值。
对步骤1)中叠加后的一维分布，取其最小值作为基准值。
3)获取所需关闭的像素。
根据步骤1)的一维分布，分别计算各元素值与步骤2)基准值的差值；已知差值，对1中步骤5)的整体二维分布逐列关闭像素，并判断所有被关闭像素的灰度值总和是否在[A,B)范围内，如果是，则计算被处理后的均匀度，当大于均匀度指标G，结束处理；若小于G，继续关闭像素，直至均匀度达到G。其中[A,B)范围是指图3中曝光过程的A幅和B幅。
4)获取照明校正板。
根据上述所关闭的像素，被关闭的位置设为0，未被关闭的位置设为1，获得二值图像，即校正板，将其输入DMD控制电路板，即可在对应位置上控制像素的开或关状态，进而实现不均匀性的校正。
本发明是对光强不均匀性的预先测量与校正，结合扫描曝光中对每个像素点的曝光次数的控制来实现的，解决了传统光学校正技术的系统结构复杂、装调要求高等问题，保证最终的照明均匀度达到95％。
附图说明
图1是与本发明相关的光刻系统的结构示意图
图2是测量光强不均匀性的示意图
图3是扫描曝光模式的示意图
图4是判断像素关闭的流程图
具体实施方式
如图1所示。图1为所搭建的DMD光刻系统的示意图，半导体激光器(405nm)1的光束经过耦合光纤2后，经透镜组3被准直，光束经过微透镜阵列4分束，再经场镜5扩束，尔后被反射镜6辐照至DMD7上，光束经过DMD调制后，由一个精缩物镜(4f系统)8将图像投影至涂覆光刻胶的基板9上。XYZ精密运动台10可实现大面积加工。
如图2所示。图2为所搭建的光强不均匀性的测量装置，DMD看成8×8的分块区域，用已标定的CCD分别测量每一个小区域的灰度图。
如图3所示。图3为与本发明相关的扫描曝光工作模式，整个曝光过程是从A到F，图中的数字表示被曝光的次数。DMD上输入的图像是滚动显示的，平台的运动方向与图像的滚动方向是一致的；DMD上镜元的偏转频率与平台的运动速度也是相互匹配，这样在平台上的每一个曝光点都被DMD整行的像素曝光。最终的能量，主要由该曝光点通过时，该行中有多少个像素保持“开”的状态来决定。
具体实例以如下步骤实现：
1)像面光强分布的测量
像面的光强不均匀性反映了光刻系统对照明均匀性的整体影响，利用256灰阶CCD在像面处进行采集。首先，为避免CCD的噪声对测量的影响，在测量之前，利用积分球对CCD标定。尔后，将DMD分成8×8的小区域，分别对每一个区域采集10幅灰度图像，经过平均运算去除CCD噪声，再经过4倍放大，得到每一个区域最终的灰度分布；之后再将所有小区域的图像拼接，从而获得像面光强的二维分布，如下式的矩阵Im,n所示，其中am,n表示各像素的灰度值。
2)各行叠加后，获取一维光强分布。
根据扫描曝光的原理，将二维分布Im,n的各行叠加，得到一维的光强分布。
I n = Σ m = 1 m a m , n , ( n = 1 , 2 ... )
3)选取基准值。
对叠加后的值，取其最小值作为基准值，即Imin＝min{In}。
4)获取所需关闭的像素。
根据步骤2)的一维分布，分别计算In与Imin的差Dn；根据图4所示的流程判断关闭哪些像素，即，已知差值Dn，对二维分布Im,n逐列关闭像素，并判断所有被关闭像素的灰度值总和Gn是否在[Dn，3Dn/2)范围内，如果是，则计算被处理后的均匀度，当大于95％，结束处理；若小于95％，继续关闭像素，直至均匀度达到95％以上。最终，得到下式的结果。
5)获取照明校正板。
根据上述所关闭的像素，被关闭的位置设为0，未被关闭的位置设为1，获得二值图像，即校正板，如下式所示，将其输入DMD控制电路板，即可在对应位置上控制像素的开或关状态，进而实现不均匀性的校正。
。

Claims (3)

1.一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法，其特征在于由以下步骤实现：
1)光强不均匀性的测量
(1)利用积分球对CCD相机标定，以去除CCD随机噪声对测量结果的影响；
(2)将DMD物面分为N×N的矩形区域阵列；
(3)利用已标定的CCD相机在光刻系统的像面位置B次采集每一个矩形区域的光强信息，取B次采集结果的平均值，去除随机误差的影响，得到每一个矩形区域的光强分布；
(4)将区域的光强分布图合并，得到像面的整体光强分布图；
(5)将所合并的像面光强分布图，根据光刻物镜的放大倍率的倒数1/M，放大至DMD物面实际的矩形区域尺寸，得到DMD面上的整体光强分布；
2)光强不均匀性的校正
(1)各行叠加后，获取一维光强分布；
(2)选取基准值
对步骤(1)中叠加后的一维分布，取其最小值作为基准值；
(3)获取所需关闭的像素
(4)获取照明校正板。
2.根据权利要求1所述的光强不均匀性测量与校正方法，其特征在于：像面光强分布的测量是在测量之前，利用积分球对CCD标定，尔后，将DMD分成8×8的小区域，分别对每一个区域采集10幅灰度图像，经过平均运算去除CCD噪声，再经过4倍放大，得到每一个区域最终的灰度分布；之后再将所有小区域的图像拼接，从而获得像面光强的二维分布，如下式的矩阵Im,n所示，其中am,n表示各像素的灰度值
3.根据权利要求1和2所述的光强不均匀性测量与校正方法，其特征在于：将二维分布Im,n的各行叠加，得到一维的光强分布。
I n = Σ m = 1 m a m , n , ( n = 1 , 2 ... )
对叠加后的值，取其最小值作为基准值，即Imin＝min{In}。
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