大焦深数字灰度光刻物镜设计.pdf

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1、第37卷第4期激光技术Vo1．37．No．42013年7月LASERTECHNOLOGYJuly，2013文章编号：1001-3806(2013)04-o464—05大焦深数字灰度光刻物镜设计胡思熠，许忠保(湖北工业大学机械工程学院，武汉430068)摘要：为了提高数字灰度光刻系统的焦深，研究了基于点扩散函数稳定性的光瞳编码优化方法，在此基础上综合考虑系统的成像对比度和分辨率，利用工程计算软件MAPLE和光学设计软件ZEMAX设计了一种分辨率为1／xm的含有5区相位型光瞳滤波器的长焦深数字灰度光刻系统。结果表明，系统调制传递函数表现出离焦不变性，在保证像方分辨率的

2、前提下，系统的焦深被延拓到原有焦深的2．5倍以上，且在整个焦深空间内系统性能与焦点处保持一致，从而提高了光刻系统的工艺容限。所得实验结果与理论分析一致，说明了设计的可行性。关键词：光学设计；长焦深；相位型光瞳滤波器；无掩膜光刻中图分类号：TN305．7；TN202文献标识码：Adoi：10．7510／jsis．issn．1001．3806．2013．04．011DesignofobjectivelenswithlongfocusdepthfordigitalgrayscalelithographyHUSi—yi，XUZhong—bao(CollegeofMecha

3、nicalEngineering，HubeiUniversityofTechnology，Wuhan430068，China)Abstract：Inordertoimprovefocusdepthofdigitalgrayscalelithography，anoptimizationmethodofpupilcodingwasstudiedbasedonthestabilizationofpointspreadfunction．Adigitalgrayscalelithographysystemwith1ttmresolution，longfocusdepthan

4、dfive-zonephasepupilfilterwasdesignedbyusingMAPLEandZEMAXsoftware．Theresultsshowthatsystemmodulationtransferfunctionhasdefocusinvariance．Underthepremiseofimageresolutionstability，thefocusdepthofthesystemisextended2．5timesmorethantheoriginalfocusdepth．Andthen，thesystemperformancewithin

5、thespaceoftheentirefocusdepthisconsistentwiththesystemperformanceatthefocalpoint．Thereby，thetoleranceoflithographysystemisincreased．Theexperimentalresultisthesameasthetheoreticalanalysisandthedesignisfeasible．Keywords：opticaldesign；longfocaldepth；phase—onlypupilfilter；masklesslithogra

6、phy能够实现任意连续面浮雕微结构的微细加工2J。引言在光刻系统的设计过程中不仅要考虑特征线宽微机电系统(micro—electro—mechanicalsystem，而且还要兼顾系统的焦深J，考虑到光刻基片和运动MEMS)和微光机电系统(micro-opto—electro—mechani—工作台的有限平整度，只有在保证足够焦深的前提calsystem，MOEMS)制造过程中的数字灰度光刻技下，实际的高分辨率才有意义_4。并且，用于微光学术，采用了空间光调制器(spatiallightmodulator，制造的光刻成像技术追求的是光学曝光的另一极端、SLM)作为

7、虚拟的数字掩膜代替传统光刻掩模，通过能获取浮雕结构的工艺容限的厚胶曝光J。因此，延使用计算机控制的数字微镜器件(digitalmicro—mirror拓系统的焦深具有重要的意义。目前，最具代表性的device，DMD)取代昂贵的掩膜板完成对入射光的调实现长焦深的方法包括无衍射光技术j、折衍射混合制j，实现了掩膜图形的灰度曝光和实时变化，从而技术和光瞳滤波技术。其中，光瞳滤波技术兼顾了系统成本和成像质量，是当前研究的热点。基金项目：国家自然科学基金资助项目(61077086)；湖作者在研究光瞳编码方式与成像系统轴向与横北省重点自然科学基金资助项目(2011CDA00

8、7)向强度