微光學器件數字分形掩模製作方法
2023-06-04 04:31:41
專利名稱：微光學器件數字分形掩模製作方法
技術領域：
本發明涉及微光學器件的製作方法，尤其是涉及一種微光學器件數字分形掩模製作方法。
背景技術：
微光學器件的製作方法是近年來國內外微光學領域研究的熱門。與微光學器件相關的各種設計和分析方法已逐漸成熟，但相應的大規模、高效率、快速製作及複製技術卻受到各種條件的限制，尤其是在國內，還未達到實用化階段。目前新興的採用電尋址空間光調製器製作灰度掩模技術，為大規模、快速、靈活製作臺階或連續微光學器件開闢了一條新的道路。該技術既可以實現實時掩模製作，也可以用於雷射快速直寫。在採用電尋址空間光調製器製作灰度掩模的系統中，由於像素尺寸不可能做的太小，因此，必需採用精縮投影光學系統。而精縮投影物鏡的通光孔徑有限，使透鏡變成一個通低頻、阻高頻的低通濾波器件。當電尋址空間光調製器的出射面與精縮系統物鏡之間的距離較大時，會因為一些代表掩模精細結構信息的高頻衍射級次丟失而造成掩模曝光圖形的邊緣模糊，從而導致掩模版上光刻圖像分辨力下降。
目前，國內外在提高光刻系統分辨力的波前工程方面的研究(如相移掩模、離軸照明、光瞳濾波等)，可以較好地解決掩摸光刻投影分辨力與焦深的問題。但這幾種方法主要是僅針對已經製作好的解析度高、特徵尺寸小的掩模版在加工光學、半導體或微電子機械系統(MEMS)器件過程中應用的，不適用於採用電尋址空間光調製器變灰度掩模投影精縮系統。
發明內容
本發明的目的在於克服電尋址空間光調製器製作灰度掩模過程中，精縮透鏡的低通濾波特性導致灰度掩模邊緣銳度下降的缺陷，提供一種可降低精縮投影透鏡低通濾波特性對光刻曝光影響、提高光刻圖像分辨力的微光學器件數字分形掩模製作方法，它可使透鏡造成的高頻能量損失降低至0.1％以內。
本發明的目的是這樣實現的(1)將一幅高頻掩模圖形分解成m幅大小相等的低頻掩模，m為大於等於2的整數；(2)將這m幅低頻掩模沿垂直於掩模所在平面的方向對準疊加，疊加後對應位置的灰度值相加等於原高頻掩模對應位置的灰度值；(3)通過實時掩模技術，將這m幅低頻掩模順序曝光，每幅曝光時間是原掩模曝光時間的1/m，從而恢復出原高頻掩模圖形。
對一幅數字微鏡器件(DMD)高頻灰階掩模圖形的分解成m幅大小相等的低頻掩模方法為按一固定的低頻周期採樣，低頻採樣周期為原高頻掩模圖樣最小周期的m倍，m為大於等於2的整數，從而將一幅高頻掩模圖形分解成m幅大小相等的低頻掩模。
對一幅數字微鏡器件多臺階灰度掩模圖形的分解成m幅大小相等的低頻掩模方法為直接按臺階數m分形，分形低頻掩模的數量即為臺階數m，從而將一幅高頻掩模圖形分解成臺階數m幅大小相等的低頻掩模。
由於電尋址空間光調製器像素之間的距離是固定的，因此，通過計算機控制電尋址空間光調製器在線實時完成不同掩模圖像之間的切換或移動，不存在傳統模擬掩模更換的二次對準難題。本發明通過實時掩模技術，將多個分形後的低頻掩模按順序曝光，相當於在掩模基片上多個低頻掩模疊加，從而恢復出原高頻掩模圖形。實時掩模曝光提高了掩模製作的效率。
因此，本發明具有如下優點(1)利用分形掩模技術製作微光學器件灰度掩模，降低精縮投影透鏡低通濾波特性對光刻曝光影響，可使透鏡造成的高頻損失降低至0.1％以內，同時，將部分低頻能量搬遷至中高頻，較好地改善了灰階掩模圖形的邊緣銳度，提高了電尋址空間光調製器製作灰度掩模的光刻分辨力。
(2)實時掩模曝光解決了多個分形掩模對準的難題；(3)分形掩模還可以將複雜掩模設計變得簡單化，將多灰階掩模變成多個二元掩模組合，降低掩模圖形製作的難度；(4)分形掩模得到的二值化掩模降低了數字微鏡器件像素的頻繁翻轉次數，提高了一個刷新周期內數字微鏡器件像素狀態的一致性，避免了多灰階掩模中因灰階不同而出現的任意兩個像素都可能翻轉頻率不同，任意兩列都可能構成變頻二元光柵的情況，易於選取感光材料的線性段曝光。
圖1為初始掩模示意圖；圖2為二分形掩模的掩模分形方法示意圖；圖3為三分形掩模的掩模分形方法示意圖；圖4為初始八臺階高頻閃耀光柵掩模圖；圖5為對圖4進行七分形二元低頻掩模組的多臺階灰度掩模分形成二元掩模組合示意圖。
具體實施例方式
以下結合實施例並對照附圖對本發明作進一步進行詳細說明。
實施例1對一幅數字微鏡器件高頻灰階掩模圖形的數字分形掩模製作方法
(1)按一固定的低頻周期採樣，低頻採樣周期為原高頻掩模圖樣最小周期的2倍，從而將一幅高頻掩模圖形分解成2幅大小相等的低頻掩模；(2)將這2幅低頻掩模沿垂直於掩模所在平面的方向對準疊加，疊加後對應位置的灰度值相加等於原高頻掩模對應位置的灰度值；(3)通過實時掩模技術，將這2幅低頻掩模順序曝光，每幅曝光時間是原掩模曝光時間的1/2，從而恢復出原高頻掩模圖形。
實施例2對一幅數字微鏡器件高頻灰階掩模圖形的數字分形掩模製作方法(1)按一固定的低頻周期採樣，低頻採樣周期為原高頻掩模圖樣最小周期的3倍，從而將一幅高頻掩模圖形分解成3幅大小相等的低頻掩模；(2)將這3幅低頻掩模沿垂直於掩模所在平面的方向對準疊加，疊加後對應位置的灰度值相加等於原高頻掩模對應位置的灰度值；(3)通過實時掩模技術，將這3幅低頻掩模順序曝光，每幅曝光時間是原掩模曝光時間的1/3，從而恢復出原高頻掩模圖形。
實施例3對一幅數字微鏡器件八臺階灰度掩模圖形的數字分形掩模製作方法(1)直接按臺階數8分形，分形低頻掩模的數量即為臺階數8，從而將一幅高頻掩模圖形分解成臺階數8幅大小相等的低頻掩模；(2)將這8幅低頻掩模沿垂直於掩模所在平面的方向對準疊加，疊加後對應位置的灰度值相加等於原高頻掩模對應位置的灰度值；(3)通過實時掩模技術，將這8幅低頻掩模順序曝光，每幅曝光時間是原掩模曝光時間的1/8，從而恢復出原高頻掩模圖形。
權利要求
1.一種微光學器件數字分形掩模製作方法，其特徵在於(1)將一幅高頻掩模圖形分解成m幅大小相等的低頻掩模，m為大於等於2的整數；(2)將這m幅低頻掩模沿垂直於掩模所在平面的方向對準疊加，疊加後對應位置的灰度值相加等於原高頻掩模對應位置的灰度值；(3)通過實時掩模技術，將這m幅低頻掩模順序曝光，每幅曝光時間是原掩模曝光時間的1/m，從而恢復出原高頻掩模圖形。
2.如權利要求1所述的微光學器件數字分形掩模製作方法，其特徵在於按一固定的低頻周期採樣，低頻採樣周期為原高頻掩模圖樣最小周期的m倍，m為大於等於2的整數，從而將一幅高頻掩模圖形分解成m幅大小相等的低頻掩模
3.如權利要求1所述的微光學器件數字分形掩模製作方法，其特徵在於直接按臺階數m分形，分形低頻掩模的數量即為臺階數m，從而將一幅高頻掩模圖形分解成臺階數m幅大小相等的低頻掩模。
全文摘要
本發明公開了一種微光學器件數字分形掩模製作方法，它是先將一幅高頻掩模圖形分解成m幅大小相等的低頻掩模，然後將這m幅低頻掩模疊加，疊加後對應位置的灰度值相加等於原高頻掩模對應位置的灰度值，再通過實時掩模技術，將這m幅低頻掩模順序曝光，每幅曝光時間是原掩模曝光時間的1/m，從而恢復出原高頻掩模圖形。本發明具有如下優點(1)降低精縮投影透鏡低通濾波特性對光刻曝光影響，可使透鏡造成的高頻損失降低至0.1％以內，較好地改善了灰階掩模圖形的邊緣銳度，提高了電尋址空間光調製器製作灰度掩模的光刻分辨力；(2)實時掩模曝光解決了多個分形掩模對準的難題；(3)降低掩模圖形製作的難度；(4)易於選取感光材料的線性段曝光。
文檔編號G03F1/38GK1564084SQ200410017769
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月16日 優先權日2004年4月16日
發明者呂海寶, 漆新民, 諶廷政, 高益慶, 羅武勝, 周衛紅, 朱小進, 周鞠寧, 羅寧寧 申請人:南昌航空工業學院, 中國人民解放軍國防科學技術大學