[发明专利]用于DMD数字光刻系统的匀光元件及其设计方法

说明书

用于DMD数字光刻系统的匀光元件及其设计方法，属于数字光刻技术领域，包括一个以上的子透镜，所述子透镜为长宽比为1:2的方形，子透镜的前表面为平面，后表面为自由曲面。本发明光能利用率高、匀光效果好、体积小、便于集成，对每一块子透镜单独设计，采用面积大小以及位置随机排列的方式，打破传统微透镜阵列的周期性，对相干光源的匀光效果大大提升。

技术领域

本发明属于数字光刻技术领域，特别是涉及到一种实现相干点光源的匀光元件。

背景技术

随着电路板、平板显示和数字印刷行业的迅速发展，这些行业对产品生产过程中所必须的光刻曝光技术的要求也越来越高，光刻曝光技术已经成为制约其集成度和效率的关键因素，可以说光刻曝光技术与这些行业的发展相辅相成，密不可分。光刻曝光技术经历了从接近或者接触式曝光到分步投影曝光再到扫描投影曝光的过程，但无一例外，这些技术都是使用掩膜板作为图像源的。随着光刻曝光技术的不断发展，其加工线条的最小特征尺寸越来越小，对掩模板的精度要求也越来越高。掩模板制作复杂、周期长、费用昂贵，一旦加工完成，就无法修改，这些缺陷已经严重限制了掩膜式光刻曝光的应用。为了解决这些问题，无掩膜光刻曝光技术逐渐走入大众视野，其中DMD数字光刻系统由于其光能利用率高、响应时间短、成本低等优点得到越来越广泛的应用。然而，国内DMD数字光刻技术目前还相对落后，发展缓慢。究其原因，主要有两点：一是DMD的高速驱动板以及与之匹配的光刻数据处理软件研制落后。二是缺乏高效的匀光元件。

通常情况下，激光发出的光束能量成高斯分布，由激光光源发出的光必须经过整形匀化之后，才能应用于DMD数字光刻系统。目前比较常用的匀光方法是采用传统微透镜阵列或者腹眼微透镜阵列作为匀光元件，这种方法匀光效果好，能量利用率高，但是其结构复杂、占用体积大、不利于集成，而且由于在光刻系统中光源多为相干光源，而其子透镜呈现周期性排布，在目标面上会出现相干条纹，影响匀光效果。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供用于DMD数字光刻系统的匀光元件及其设计方法，其光能利用率高、匀光效果好、体积小、便于集成，对每一块子透镜单独设计，采用面积大小以及位置随机排列的方式，打破传统微透镜阵列的周期性，对相干光源的匀光效果大大提升。

用于DMD数字光刻系统的匀光元件，其特征是：包括一个以上的子透镜，所述子透镜为长宽比为1:2的方形，子透镜的前表面为平面，后表面为自由曲面。

用于DMD数字光刻系统的匀光元件的设计方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、对自由曲面和目标面进行等能量网格划分，根据能量映射的方法建立自由曲面和目标面上光线坐标的一一对应关系，基于长宽比为1:2的DMD，设计每块子透镜长宽比为1：2，将子透镜的前表面作为入射面，入射面的照度值为E₀，目标面照度值为E₁，矩形子透镜的口径为d max和2d max，目标面上目标矩形光斑的口径为T_max和2T_max，依据能量守恒原理：

步骤二、将每个子透镜以及目标面分成2M×M共2M²个能量网格，且每个网格的能量相等，根据能量映射关系，建立起子透镜网格点和目标面上网格点坐标对应关系；

子透镜上第i行与第j列网格交点设为d_ij，该点矢高设为z_ij，则自由曲面上每一能量网格交点的坐标可以表示为目标面上第i行与第j列能量网格交点坐标可以表示为T_ij，T_Z为目标面所在平面与微透镜阵列距离，则目标面上每一能量网格交点的坐标可以表示为自由曲面上每一点d_ij与目标面上每一点T_ij相对应；