CN111077741B - 采用dmd与液晶调制的曲面光刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法，属于光刻技术领域。采用DMD作为数字灰度掩模调制器，对入射光的振幅进行调制，同时加入液晶作为相位调制器，对入射光的相位进行调制，从而将入射的平面波转化为特定波前的光束，然后再经过投影镜头，最终成像在曲面的光刻胶基底上，从而实现曲面光刻。由于引入DMD和液晶联合对光束进行调制，增加了系统的设计自由度，从而实现高效、高精度曲面光刻。为曲面微结构器件的广泛应用奠定一定的基础。

Description

采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法

技术领域

本发明属于光刻技术领域，涉及采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法。

背景技术

光刻技术目前仍然是整个半导体制造、微纳结构器件制造的基础工艺技术。被广泛的应用于半导体微纳制造、现代工业等领域。

目前的光刻工艺主要包括：接触式光刻、接近式光刻以及投影光刻三种方式。

接触式光刻具有设备简单、速度快、产量高的优势，但由于在曝光过程中，掩膜板与光刻胶直接接触，光刻胶很容易对掩膜板造成污染，影响图形质量并降低了掩模板重复利用率；

接近式光刻是在接触式光刻的基础上进行改进，使得掩膜板与光刻胶之间存在很小的间隙，这从一定程度上改善了上述掩膜板利用率的问题，但由于存在间隙，系统衍射效应比较明显，影响最终光刻的分辨率及精度；

而投影式光刻是采用投影镜头，将掩膜的图形投影至光刻胶上进行曝光。由于掩膜与光刻胶表面并不接触，因此避免了接触式光刻的掩膜板污染问题。另外，可以通过投影镜头精确缩小成像系统，能够有效提高分辨率，是目前的主流应用。

而在此基础上发展起来的基于DMD的无掩膜光刻技术，采用DMD(数字微镜)代替了传统的掩膜板，将代加工的图形数字化，然后经过镜头投影到光刻胶上完成曝光。由于采用DMD(数字微镜)代替了传统的掩膜板，因此加工效率得到提高。

随着各类光刻技术的发展，目前传统的平面微结构的元件的加工与应用都已经比较成熟。而随着现代工业、国防、仿生、虚拟现实等领域的发展，传统的平面基底的微光学元件已经不能满足实际的应用，因此曲面微结构元件得到人们的广泛关注。与传统的平面微结构元件不同，曲面微结构光学元件是指在曲面光刻胶基底上具有微结构的一类光学元件，由于其光学参数具有更多的自由度，因此在实际应用中往往具有更大的视场角、更灵敏的动态捕捉和更高的空间利用率等优点。

虽然有诸多优点，但是曲面微结构的光学元件的加工仍然是目前亟待解决的问题。目前一般采用曲面压印、金刚石单点加工等方式，效率低，成本高，不适合批量加工。而传统的DMD无掩膜光刻也并不能直接在曲面上实现高精度的光刻。

基于目前的现状，本发明专利提出一种采用DMD和液晶联合调制的无掩膜曲面光刻技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法，光源部分产生一个均匀照射的平行光束，DMD和液晶同时对入射的波前进行调制，最终通过投影镜头将图形投影到曲面目标面上；

首先根据需要加工的曲面微结构，将其分解为曲面的面型参数和微结构的参数；然后表示为光束的空间强度分布函数：U(x,y,z)，其中，z＝z(x,y)即为曲面的面型表达式。

假设DMD对光束的振幅调制函数为：C(x_i,y_j)，根据非衍射受限系统的光传输理论和菲涅耳近似，得到投影镜头出瞳面上的光场分布：

M为投影镜头的放大倍率，P(ε,η)为描述出瞳形状的光瞳函数，(可以先将其简化为一个矩形函数来进行处理)，W(ε,η)表示有效的光程差，指数因子jkW(ε,η)即表示了液晶的相位调制引起的相位偏差,是一个离散函数。而C(x_i,y_j)同样是一个离散函数，表示DMD对振幅的调制。

光束从投影镜头的出瞳面再次传播到目标面上，这个成像过程可以按照菲涅耳衍射来处理。最终像面上的光场分布如下式：

其中，h_ξ(ε,η)即为上面出瞳处的光强分布表达式。

由于最终的成像面为一个曲面，此时d_i不再是一个常数，而是如下函数表达式：

d_i＝z(x,y)。

此时，得到：

h(x_i,y_j,x₀,y₀)＝U(x,y,z)＝U(x,y,z(x,y))

同样对目标米离散化，可以得到：

h(x_i,y_j,x₀,y₀)＝U(x_i,y_j,z(x_i,y_j))

通过优化可以求得最终的C(x_i,y_j)与jkw(ε,η)，至此分别得到DMD和液晶的相位调制参数。

然后，将得到的DMD和液晶的调制参数和投影镜头相结合，正向仿真计算，模拟在最终曲面上的曝光效果，然后根据最终需要的曲面微结构图形进行反馈优化，得到最优的DMD和液晶调制参数，从而开始曝光。

可选的，所述光源部分为：通过光阑和准直器，产生一个准直光束；通过起偏器，产生一个线偏振光束；然后通过匀化系统，产生一个均匀准直的光束；光束的均匀度≥96％，准直角度≤0.5°。

本发明的有益效果在于：与传统的无掩膜光刻技术相比，在系统里面增加了液晶调制器，提高了设计自由度，通过对入射光束的相位进行调制，改变入射光的波前，能够在曲面上进行投影曝光，从而实现了曲面无掩膜光刻。为曲面微结构元件的应用奠定了一定的加工基础。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明原理图；

图2为本发明流程图；

图3为传统无掩模光刻方法与本发明光刻方法加工对比。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，为一种采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法。其中，光源部分主要是产生一个均匀照射的平行光束。而DMD和液晶同时对入射的波前进行调制，最终通过投影镜头将图形投影到曲面目标面上。分别说明如下。

光源部分：通过光阑和准直器，产生一个准直光束。通过起偏器，产生一个线偏振光束。然后通过匀化系统，产生一个均匀准直的光束。此部分与传统的无掩膜光刻机的不同在于，对光束的准直度和均匀度均有要求。均匀度≥96％，准直角度≤0.5°。

调控成像部分：DMD产生需要的图形信息，即振幅信息，或者是强度信息。而液晶对光束的相位进行调制。最终通过投影镜头成像在曲面目标面，完成曲面光刻。此部分与传统的无掩膜光刻机不同在于，采用DMD和液晶同时对光束进行调制。传统的无掩膜光刻机仅仅只有DMD对光束进行调制。

控制部分：主要是对DMD和液晶进行控制，实现特定的振幅和相位调制。此部分与传统的无掩膜光刻机的不同在于，需要对DMD和液晶同时进行控制。

流程：首先根据需要加工的曲面微结构，将其分解为曲面的面型参数和微结构的参数。然后表示为光束的空间分布表达式。

将此表达式进行分解，分为振幅部分和相位部分。其中振幅部分通过DMD调制来实现，此部分需要计算优化。相位部分通过液晶调制来实现，此部分同样需要进行计算优化。最终将得到的DMD和液晶的调制参数和投影镜头相结合，正向仿真计算，模拟在最终曲面上的曝光效果，然后根据最终需要的曲面微结构图形进行反馈优化，得到最优的DMD和液晶调制参数，从而可以开始曝光。

传统的无掩膜光刻(DMD投影光刻)，在加工平面结构的时候是没有问题的。而加工曲面结构的时候，由于光刻胶是曲面的，光束垂直照射以后，虽然能够进行曝光，但是结构和实际需要的结构存在偏差，见局部放大图。而本专利提供的方案，能够针对特定的曲面光刻胶进行优化调制，从而实现曲面光刻，其最终的结构更接近实际需要的结构。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法，其特征在于：光源部分产生一个均匀照射的平行光束，DMD和液晶同时对入射的波前进行调制，最终通过投影镜头将图形投影到曲面目标面上；

首先根据需要加工的曲面微结构，分解为曲面的面型参数和微结构的参数；然后表示为光束的空间分布表达式；

将空间分布表达式进行分解，分为振幅部分和相位部分；

其中，振幅部分通过DMD调制来实现；相位部分通过液晶调制来实现；

将得到的DMD和液晶的调制参数和投影镜头相结合，正向仿真计算，模拟在最终曲面上的曝光效果，然后根据最终需要的曲面微结构图形进行反馈优化，得到最优的DMD和液晶调制参数，从而开始曝光。

2.根据权利要求1所述的采用DMD与液晶调制的曲面光刻方法，其特征在于：所述光源部分为：通过光阑和准直器，产生一个准直光束；通过起偏器，产生一个线偏振光束；然后通过匀化系统，产生一个均匀准直的光束；光束的均匀度≥96％，准直角度≤0.5°。

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