專利名稱：高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微光學(xué)器件的制作裝置，尤其是涉及一種高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置。
背景技術(shù)：
以往的微光學(xué)器件灰度掩模制作方法主要采用的是以下兩種方法一、激光或電子束直寫(xiě)法；二、桌面排版或彩色打印等圖形輸出設(shè)備打印精縮而成。其中，激光或電子束直寫(xiě)法是逐點(diǎn)曝光，采用高能激光或電子束轟擊高能束敏感玻璃HEBSG(high energy beam sensitive glass)上制作灰度掩模，主要問(wèn)題是逐點(diǎn)曝光，加工速度慢，單個(gè)曝光時(shí)間極長(zhǎng)，只適于制作單件多階相位或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的連續(xù)輪廓器件，且直寫(xiě)灰度掩模所需設(shè)備十分昂貴，成本高，并還存在不能精確控制輪廓深度和輪廓變形等問(wèn)題。第二種方法采用的是計(jì)算機(jī)控制，利用桌面排版或彩色打印等圖形輸出設(shè)備，輸出二元圖形或濃淡點(diǎn)圖，精縮轉(zhuǎn)印形成模擬灰度掩模圖形。主要問(wèn)題是分辨率較低，其最小特征尺寸為幾十微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了制作精細(xì)結(jié)構(gòu)的二元光學(xué)器件的要求。并且以上兩種方法制作的成品掩模對(duì)光的調(diào)制方式是確定的，曝光量的大小通過(guò)曝光時(shí)間控制，可以看作是模擬掩模。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺限，提供了一種可對(duì)單個(gè)或多個(gè)微光學(xué)器件一次性面曝光、曝光面上各點(diǎn)曝光光強(qiáng)數(shù)字量化可控的高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置，它是通過(guò)數(shù)字灰階擴(kuò)展方法實(shí)現(xiàn)高分辨力精密曝光控制。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的微光學(xué)灰度掩模制作裝置包括紫外光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、精縮投影組合透鏡、空間濾波器、基片、二維精密曝光平臺(tái)和計(jì)算機(jī)，特征是還包括光線調(diào)制裝置。紫外光源發(fā)出的紫外光通過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直器擴(kuò)束準(zhǔn)直后射向光線調(diào)制裝置，紫外光通過(guò)由計(jì)算機(jī)控制的光線調(diào)制裝置調(diào)制后經(jīng)精縮投影組合透鏡空間尺寸壓縮、空間濾波器濾波后成像在基片上。
所述光線調(diào)制裝置由一個(gè)反射鏡和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件(DigitalMicromirror Device，縮寫(xiě)DMD)組成，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)連接。
所述光線調(diào)制裝置由一個(gè)分光器件和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件組成，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)連接。
所述光線調(diào)制裝置由兩個(gè)分光器件和三個(gè)數(shù)字微鏡器件組成，三個(gè)數(shù)字微鏡器件均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)連接。
本實(shí)用新型是在紫外光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直器、精縮投影組合透鏡、空間濾波器、基片、二維精密曝光平臺(tái)和計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)了光線調(diào)制裝置，該光線調(diào)制裝置采用數(shù)字微鏡器件作為空間光調(diào)制器件，并采用兩個(gè)至三個(gè)數(shù)字微鏡器件組合，通過(guò)光強(qiáng)調(diào)制方法，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，等效于單數(shù)字微鏡器件灰階擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)高分辨力光刻曝光。本實(shí)用新型的各數(shù)字微鏡器件之間按入射光照射的先后次序可分為二次調(diào)制結(jié)構(gòu)和疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)，其中二次調(diào)制結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)數(shù)字微鏡器件和一個(gè)反射鏡組合，疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)采用一個(gè)或兩個(gè)分光器件和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件或三個(gè)數(shù)字微鏡器件組合。
所述二次調(diào)制結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)數(shù)字微鏡器件和一個(gè)反射鏡組合，從紫外光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器擴(kuò)束準(zhǔn)直后，由反射鏡反射，以與第一個(gè)數(shù)字微鏡器件鏡面法線成20°角照射在該個(gè)數(shù)字微鏡器件上，第一個(gè)數(shù)字微鏡器件的微鏡+10°角反射光垂直于自身鏡面輸出，并照射在第二個(gè)數(shù)字微鏡器件的鏡面上，且與第二個(gè)數(shù)字微鏡器件的鏡面法線成20°角，第二個(gè)數(shù)字微鏡器件微鏡的+10°角反射光垂直于自身鏡面輸出。
所述疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)采用一個(gè)或兩個(gè)分光器件和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件或三個(gè)數(shù)字微鏡器件組合，從紫外光源發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直器擴(kuò)束準(zhǔn)直后，由分光器件分成相應(yīng)路數(shù)的光束，分別垂直照射在各個(gè)數(shù)字微鏡器件的鏡面上，計(jì)算機(jī)控制數(shù)字微鏡器件的微鏡偏轉(zhuǎn)調(diào)制反射光強(qiáng)的大??；微鏡保持與入射光垂直狀態(tài)下反射的光原路返回到分光器件，由分光器件合成后輸出。
本實(shí)用新型的二次調(diào)制結(jié)構(gòu)的灰階擴(kuò)展計(jì)算兩個(gè)數(shù)字微鏡器件可分別調(diào)制出256級(jí)光強(qiáng)，則經(jīng)過(guò)第一個(gè)數(shù)字微鏡器件256級(jí)灰階光強(qiáng)調(diào)制后入射到第二個(gè)數(shù)字微鏡器件上光強(qiáng)，又可實(shí)現(xiàn)256級(jí)調(diào)制，最大最小級(jí)間能量差可達(dá)65535倍，等效于對(duì)入射光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)65535個(gè)灰階調(diào)制。疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)的灰階擴(kuò)展計(jì)算公式多數(shù)字微鏡器件疊加結(jié)構(gòu)中，利用多個(gè)數(shù)字微鏡器件的反射疊加，可實(shí)現(xiàn)等效灰階擴(kuò)展階數(shù)為256/m，m為其中強(qiáng)度較弱一路數(shù)字微鏡器件的入射光強(qiáng)分光百分比。降低分光百分比，同樣可實(shí)現(xiàn)高灰階擴(kuò)展。二次調(diào)制結(jié)構(gòu)和疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)高倍數(shù)灰階擴(kuò)展，曝光光源的調(diào)制范圍和精細(xì)度大大增加，可用于超精細(xì)復(fù)雜表面浮雕結(jié)構(gòu)掩模的加工。
因此本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用數(shù)字微鏡器件制作灰度掩模，一次可對(duì)單個(gè)或多個(gè)微光學(xué)器件一次性面曝光，解決了直寫(xiě)點(diǎn)曝光速度慢的問(wèn)題；(2)數(shù)字微鏡器件是由邊長(zhǎng)只有十幾微米的正方形像素陣列構(gòu)成，微光學(xué)器件掩模圖形被離散化成上百萬(wàn)個(gè)像素，每一個(gè)像素只需精縮不到20倍，就可達(dá)到亞微米級(jí)的光點(diǎn)。解決了普通圖形輸出設(shè)備分辨率不高的難題；(3)利用數(shù)字微鏡器件組合灰階擴(kuò)展系統(tǒng)制作灰度掩模，每個(gè)像素精縮光點(diǎn)的曝光量不僅僅由曝光時(shí)間控制，還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)字化調(diào)整數(shù)字微鏡器件像素灰階控制，是一種全新的數(shù)字化掩摸制作裝置。
(4)多數(shù)字微鏡器件組合調(diào)制技術(shù)通過(guò)光強(qiáng)二次調(diào)制或疊加調(diào)制可實(shí)現(xiàn)曝光光強(qiáng)高倍細(xì)分，極大地提高了各點(diǎn)曝光光強(qiáng)的調(diào)制分辨力，從而解決了精確控制輪廓深度的問(wèn)題。
(5)多數(shù)字微鏡器件組合曝光技術(shù)不僅可以大幅度提高光強(qiáng)調(diào)制的分辨率，縮短曝光時(shí)間，而且還可以增加掩模設(shè)計(jì)的自由度，簡(jiǎn)化單數(shù)字微鏡器件上掩模設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。


圖1為本實(shí)用新型的二次調(diào)制結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本實(shí)用新型的兩個(gè)數(shù)字微鏡器件的疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為本實(shí)用新型的三個(gè)數(shù)字微鏡器件的疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1本實(shí)用新型的微光學(xué)灰度掩模制作裝置由紫外光源1、擴(kuò)束準(zhǔn)直器2、光線調(diào)制裝置、分光鏡3、計(jì)算機(jī)4、精縮投影組合透鏡7、空間濾波器8、基片9、二維精密曝光平臺(tái)10組成，其中光線調(diào)制裝置由反射鏡3和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件5、6組成，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件5、6均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)4的顯卡視頻擴(kuò)展輸出口連接，并受計(jì)算機(jī)4控制，反射鏡3的反射面與擴(kuò)束準(zhǔn)直器2的鏡面成45°角，反射鏡3的反射光線以與數(shù)字微鏡器件6鏡面法線成20°角照射在數(shù)字微鏡器件6上，數(shù)字微鏡器件6的微鏡+10°角反射光垂直于自身鏡面輸出，并照射在數(shù)字微鏡器件5的鏡面上，且與數(shù)字微鏡器件5的鏡面法線成20°角，數(shù)字微鏡器件5的鏡面與精縮投影組合透鏡7的軸線垂直，且由數(shù)字微鏡器件6照射在數(shù)字微鏡器件5的光線與數(shù)字微鏡器件5的鏡面法線成20°角。
使用過(guò)程紫外光源1發(fā)出的紫外光通過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2擴(kuò)束準(zhǔn)直后射向反射鏡3，反射鏡3將光線反射至數(shù)字微鏡器件6，以與數(shù)字微鏡器件6鏡面法線成20°角照射在數(shù)字微鏡器件6上，數(shù)字微鏡器件6的微鏡+10°角反射光垂直于自身鏡面輸出，并照射在數(shù)字微鏡器件5的鏡面上，且與數(shù)字微鏡器件5的鏡面法線成20°角，數(shù)字微鏡器件5微鏡的+10°角反射光垂直于自身鏡面輸出，紫外光通過(guò)由計(jì)算機(jī)4控制的數(shù)字微鏡器件6進(jìn)行第一次光強(qiáng)調(diào)制，由數(shù)字微鏡器件5進(jìn)行第二次光強(qiáng)調(diào)制；調(diào)制后的紫外光經(jīng)精縮投影組合透鏡7進(jìn)行空間尺寸壓縮、空間濾波器8濾波后成像在基片9上。
實(shí)施例2實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于光線調(diào)制裝置，光線調(diào)制裝置由分光器件即分光鏡11和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件5、12組成，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件5、12均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)4的顯卡視頻擴(kuò)展輸出口連接，并受計(jì)算機(jī)4控制，分光鏡11的分光面與擴(kuò)束準(zhǔn)直器2的鏡面成45°角，分光鏡11分成的兩路光線分別與兩個(gè)數(shù)字微鏡器件5、12的鏡面垂直，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件5、12分別將兩路入射光沿原路反射回到分光鏡11，由分光鏡11合成后輸出。
使用過(guò)程紫外光源1發(fā)出的紫外光通過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2擴(kuò)束準(zhǔn)直后射向分光鏡11，分光鏡11將光線分成兩路，一路垂直射向數(shù)字微鏡器件5，另一路垂直射向數(shù)字微鏡器件12，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件5、12分別將兩路入射光沿原路反射回到分光鏡11，由分光鏡11合成后輸出，紫外光通過(guò)由計(jì)算機(jī)4控制的數(shù)字微鏡器件5、12進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，兩路調(diào)制的光在分光鏡11處實(shí)現(xiàn)疊加調(diào)制；調(diào)制后的紫外光經(jīng)精縮投影組合透鏡7進(jìn)行空間尺寸壓縮、空間濾波器8濾波后成像在基片9上。
實(shí)施例3實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于光線調(diào)制裝置，光線調(diào)制裝置由分光器件和三個(gè)數(shù)字微鏡器件5、13、14組成，分光器件又由一個(gè)分光鏡11和一個(gè)棱鏡組合體15組成，三個(gè)數(shù)字微鏡器件5、13、14均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)4的顯卡視頻擴(kuò)展輸出口連接，并受計(jì)算機(jī)4控制，分光鏡11的分光面與擴(kuò)束準(zhǔn)直器2的鏡面成45°角，分光鏡11分成兩路光線，一路垂直射向精縮投影組合透鏡7，另一路射向棱鏡組合體15，棱鏡組合體15分別射出三路光線，射出的三路光線分別與三個(gè)數(shù)字微鏡器件5、13、14的鏡面垂直，三個(gè)數(shù)字微鏡器件5、13、14分別將三路入射光沿原路反射回到棱鏡組合體15，棱鏡組合體15將三路光線合成后射向分光鏡11，穿過(guò)分光鏡11后輸出。
使用過(guò)程紫外光源1發(fā)出的紫外光通過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直器2擴(kuò)束準(zhǔn)直后射向分光鏡11，分光鏡11將光線分成兩路，一路垂直射向精縮投影組合透鏡7，另一路射向棱鏡組合體15，棱鏡組合體15分別射出三路光線，射出的三路光線分別與三個(gè)數(shù)字微鏡器件5、13、14的鏡面垂直，三個(gè)數(shù)字微鏡器件5、13、14分別將三路入射光沿原路反射回到棱鏡組合體15，棱鏡組合體15將三路光線合成后射向分光鏡11，穿過(guò)分光鏡11后輸出，紫外光通過(guò)由計(jì)算機(jī)4控制的數(shù)字微鏡器件5、13、14進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，三路調(diào)制的光在棱鏡組合體15處實(shí)現(xiàn)疊加調(diào)制；調(diào)制后的紫外光經(jīng)精縮投影組合透鏡7進(jìn)行空間尺寸壓縮、空間濾波器8濾波后成像在基片9上。
權(quán)利要求1.一種高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置，包括紫外光源(1)、擴(kuò)束準(zhǔn)直器(2)、精縮投影組合透鏡(7)、空間濾波器(8)、基片(9)、二維精密曝光平臺(tái)(10)和計(jì)算機(jī)(4)，其特征在于還包括光線調(diào)制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置，其特征在于所述光線調(diào)制裝置由反射鏡(3)和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、6)組成，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、6)均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)(4)的顯卡視頻擴(kuò)展輸出口連接，并受計(jì)算機(jī)(4)控制，反射鏡(3)的反射面與擴(kuò)束準(zhǔn)直器(2)的鏡面成45°角，反射鏡(3)的反射光線以與數(shù)字微鏡器件(6)鏡面法線成20°角照射在數(shù)字微鏡器件(6)上，數(shù)字微鏡器件(6)的微鏡+10°角反射光垂直于自身鏡面輸出，并照射在數(shù)字微鏡器件(5)的鏡面上，且與數(shù)字微鏡器件(5)的鏡面法線成20°角，數(shù)字微鏡器件(5)的鏡面與精縮投影組合透鏡(7)的軸線垂直，且由數(shù)字微鏡器件(6)照射在數(shù)字微鏡器件(5)的光線與數(shù)字微鏡器件(5)的鏡面法線成20°角。
3.如權(quán)利要求1所述的高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置，其特征在于所述光線調(diào)制裝置由分光鏡(11)和兩個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、12)組成，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、12)均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)(4)的顯卡視頻擴(kuò)展輸出口連接，并受計(jì)算機(jī)(4)控制，分光鏡(11)的分光面與擴(kuò)束準(zhǔn)直器(2)的鏡面成45°角，分光鏡(11)分成的兩路光線分別與兩個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、12)的鏡面垂直，兩個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、12)分別將兩路入射光沿原路反射回到分光鏡(11)，由分光鏡(11)合成后輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置，其特征在于所述光線調(diào)制裝置由分光器件和三個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、13、14)組成，分光器件又由一個(gè)分光鏡(11)和一個(gè)棱鏡組合體(15)組成，三個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、13、14)均通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)(4)的顯卡視頻擴(kuò)展輸出口連接，并受計(jì)算機(jī)(4)控制，分光鏡(11)的分光面與擴(kuò)束準(zhǔn)直器(2)的鏡面成45°角，分光鏡(11)分成兩路光線，一路垂直射向精縮投影組合透鏡(7)，另一路射向棱鏡組合體(15)，棱鏡組合體(15)分別射出三路光線，射出的三路光線分別與三個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、13、14)的鏡面垂直，三個(gè)數(shù)字微鏡器件(5、13、14)分別將三路入射光沿原路反射回到棱鏡組合體(15)，棱鏡組合體(15)將三路光線合成后射向分光鏡(11)，穿過(guò)分光鏡(11)后輸出。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高分辨力微光學(xué)灰度掩模制作裝置，該制作裝置包括紫外光源、精縮投影組合透鏡、空間濾波器、基片和計(jì)算機(jī)等，特征是還包括光線調(diào)制裝置。該光線調(diào)制裝置采用數(shù)字微鏡器件作為空間光調(diào)制器件，并采用兩個(gè)至三個(gè)數(shù)字微鏡器件組合，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制細(xì)分，實(shí)現(xiàn)高分辨力光刻曝光。二次調(diào)制結(jié)構(gòu)和疊加調(diào)制結(jié)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)高倍數(shù)灰階擴(kuò)展。因此本實(shí)用新型具有(1)一次可對(duì)單個(gè)或多個(gè)微光學(xué)器件一次性面曝光，解決了直寫(xiě)點(diǎn)曝光速度慢的問(wèn)題；(2)解決了普通圖形輸出設(shè)備分辨率不高的難題；(3)每個(gè)像素精縮光點(diǎn)的曝光量不僅僅由曝光時(shí)間控制，還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)字化調(diào)整數(shù)字微鏡器件像素灰階控制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F7/20GK2700908SQ20042002203
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者漆新民, 高益慶, 諶廷政, 呂海寶, 羅武勝, 朱小進(jìn), 楚興春, 龔勇清, 陳勁松 申請(qǐng)人:南昌航空工業(yè)學(xué)院, 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)