[发明专利]一种用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统及其设计方法

说明书

本发明提出一种用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统，为解决现有DMD投影光刻系统中目标面处的光场均匀性差、能量利用率低的问题。该系统包括由前自由曲面和后自由曲面集成在一个透镜上的结构；其设计方法包括以下步骤：建立空间坐标系；对前自由曲面和目标面进行划分，根据能量映射关系建立矢量坐标对应关系；对前自由曲面采用斯涅耳定律进行迭代求解，得到前自由曲面上所有点的坐标；将前自由曲面母线的所有出射单位向量作为后自由曲面的入射向量，结合斯涅耳定律和等光程边界条件进行迭代求解，得到后自由曲面的所有点的坐标；根据前后自由曲面的所有点坐标构建双自由曲面的截面结构，得到能够实现目标面处空间光强度匀化的系统。

技术领域

本发明涉及数字光刻技术领域，更具体地，涉及一种用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统及其设计方法。

背景技术

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。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。为了使基于DMD的投影光刻装置能够达到足够小的光刻分辨率的结果，需要引入计算光刻的光刻方法到投影光刻装置中，如移相掩模技术、光学临近效应修正技术等分辨率增强技术。此类技术是通过光波相位的调制来改善光学成像对比度和焦深从而达到增强光刻分辨的功能，而把这类技术应用到基于DMD投影光刻装置中时，需要对目标DMD上的位相进行调制，使得其入射与反射光皆为平行光。由于激光器出射的激光存在位相不平整以及发散角的问题，因此需要引入自由曲面来对光波相位进行平整化变换。同时还需要考虑光刻胶受曝光剂量均匀以得到光刻图形的高度均匀性，一致性，可重复性。

目前对于投影光刻激光源的匀化多用非球面匀化方法，微透镜阵列整形，以及采用透镜对扩束-截取法整形。其中，非球面匀化方法多为只对目标面的能量进行匀化，无法对相位进行调制。采用微透镜阵列的匀化率高，但其结构复杂，设计繁琐且不利于集成，且其得到的结果同样无法对目标面相位进行调制；采用透镜对扩束整形，虽然扩束后光束中心的均匀度很高，但是能量利用率很低。因此急需一种设计简单，集成度高，且能对目标面激光多个参数进行调制的光学系统，用于有效提高DMD投影光刻系统中目标面处光场振幅位相参数的均匀性，以及光场的能量利用率。

发明内容

本发明为解决现有DMD投影光刻系统中目标面(一般为掩模板平面)处的光场均匀性差、能量利用率低的问题，提供一种用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统及其设计方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于DMD投影光刻的空间光强度匀化系统，包括由前自由曲面和后自由曲面集成在一个透镜上的结构。

本发明针对上述由前自由曲面和后自由曲面集成设置在一个透镜上的空间光强度匀化系统，提出一种空间光强度匀化系统的设计方法，包括以下步骤：

S1：对所述空间光强度匀化系统建立空间坐标系；

S2：对所述前自由曲面进行等能量划分，对目标面进行等面积划分，并根据能量映射关系建立前自由面和目标面上的矢量坐标对应关系；

S3：对所述前自由曲面采用斯涅耳定律进行迭代求解，得到所述前自由曲面母线上每一个点的坐标；

S4：将所述前自由曲面母线的所有出射单位向量作为所述后自由曲面的入射向量，结合斯涅耳定律和等光程边界条件进行迭代求解，得到所述后自由曲面的所有离散点的坐标；

S5：根据所述前自由曲面母线的所有数据点及所述后自由曲面的所有离散点构建双自由曲面的截面结构，得到空间光强度匀化系统。

本技术方案根据非成像光学设计理论，提出设计前自由曲面和后自由曲面的方法，并利用能量映射原理，计算前自由曲面和后自由曲面中每一个点的坐标，从而构建双自由曲面的截面结构，得到空间光强度匀化系统。