數(shù)字灰度光刻成像物鏡設計.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)、微光機電系統(tǒng)(MOEMS)等具有表面浮雕微結構的微納器件的發(fā)展，尋求制作工藝簡單、工作效率高、成本低、能產生連續(xù)三維面形的新的加工技術是現(xiàn)在微納加工技術的發(fā)展方向之一。 現(xiàn)有的表面浮雕微結構的加工方法主要有二元套刻法、直寫法、移動掩模法、熱融法、灰階掩模法等。各種方法各有優(yōu)缺點，如二元套刻法工藝復雜且難以產生連續(xù)面形，直寫法雖精度高但效率太低，灰階掩模的制作成本又較高。數(shù)字灰度光刻技術是一種將灰度掩模

2、和數(shù)字光處理技術結合，而發(fā)展出來的一種具有效率高、成本低、加工工藝簡單等優(yōu)點的微納加工技術，它可以通過一次曝光加工出連續(xù)三維面形的浮雕微結構，在MEMS和微光學元件加工中有很好應用前景。 數(shù)字灰度光刻投影成像物鏡是保證其圖像轉移質量的重要部件之一。由于微電子加工的需要，傳統(tǒng)的投影光刻物鏡的視場較大，且系統(tǒng)是為透射式掩模而設計的，成像系統(tǒng)的前工作距離較小，因此其無法直接移植到數(shù)字灰度光刻系統(tǒng)中。數(shù)字微反鏡(DMD)是可方便地用于灰

3、度光刻系統(tǒng)的一種光反射式圖形發(fā)生器件，如果數(shù)字成像系統(tǒng)有過大的物鏡口徑和較小的前工作距離會使得光路安排非常困難。另外，為減少數(shù)字灰度光刻系統(tǒng)的成本，用于MOEMS制作的數(shù)字灰度光刻機無須像傳統(tǒng)光刻那樣對物鏡的加工和裝調精度提過高的要求，因此，有必要設計一種能適合DMD工作方式，并能夠消除DMD柵格效應且加工制作成本較低的光刻物鏡。 本文深入研究影響數(shù)字灰度曝光像質的各種因素，選擇合理的成像系統(tǒng)結構和參數(shù)，基于光學設計的高級像差理

4、論分析像差產生原因，給出了光刻物鏡的像差容限，并尋找校正和分配系統(tǒng)像差的有效方法。在光學設計軟件的輔助下，設計出的鏡頭組鏡片數(shù)量少，光學加工、光學校裝公差要求低，可滿足高質量、低成本、快速加工的數(shù)字灰度光刻系統(tǒng)對光刻物鏡的需要。我們還搭建了簡易成像光路進行數(shù)字灰度光刻實驗，分析影響數(shù)字灰度光刻成像質量的一些因素和物鏡設計方案的可行性。實驗結果表明，新光刻物鏡的設計思想能有效的消除DMD成像過程中的柵格效應，兼顧了人們對系統(tǒng)分辨率與工作效