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长焦深数字灰度光刻物镜设计

作　者: 胡思熠
导　师: 许忠保
学　校: 湖北工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光学设计与制造长焦深相位型光瞳模板无掩模光刻
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

光刻技术是制造和加工微机电系统和微光机电系统过程中的核心。其中，数字灰度光刻技术因其能生产连续浮雕面型和无需昂贵的常规掩模且工作效率高等优点而成为微纳加工的重要发展方向之一。微机电系统中三维面浮雕轮廓的微纳器件的加工技术与传统半导体技术追求光学曝光的极限分辨率不同，其追求的是另一个极端，即厚胶曝光技术。这就对光刻技术中的光刻物镜的焦深提出更高的要求。而且由于光学系统的自身限制，在保持曝光波长不变的情况下，减小光刻特征线宽的同时，系统的焦深也在减小。因此，有必要设计一种同时具有高分辨率和大焦深的光刻物镜。本文从衍射基本理论出发，运用标量衍射理论分析了普通衍射受限成像系统的衍射分布，研究了基于点扩散函数稳定性的光瞳编码优化方法，提出了利用二元相位模板实现对入射光位相的调制。在此基础上综合考虑系统的成像对比度和分辨率，将点扩散函数按照归一化光瞳函数的孔径展开，利用工程计算软件Maple通过分布全局搜索的办法，找出了最佳二元相位模板参数。运用光学设计软件Zemax设计了一种适合数字微反射镜工作方式的分辨率为1μm的光刻成像物镜。通过对光刻物镜施加相位调制，达到延拓光刻系统焦深的目的。仿真实验结果表明，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。得到的实验结果与理论分析一致，说明了设计的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章续论  8-13
  1.1 课题研究的目的与意义  8-10
    1.1.1 数字灰度光刻的发展状况  8-10
    1.1.2 数字灰度光刻所遇到的挑战  10
  1.2 长焦深数字灰度光刻技术  10-11
  1.3 本文创新点和内容安排  11-13
第2章系统设计的基础理论  13-23
  2.1 衍射基本理论  13-19
    2.1.1 亥姆霍兹方程  13-14
    2.1.2 格林定理和亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理  14-17
    2.1.3 基尔霍夫边界条件  17-18
    2.1.4 瑞利——索末菲衍射公式  18-19
  2.2 相位模板延拓焦深的原理  19-23
    2.2.1 光瞳编码与系统点扩散函数的关系  19-21
    2.2.2 光瞳编码参数设计方法  21-23
第3章相位模板的设计  23-30
  3.1 最佳半径的计算  23-27
    3.1.1 步幅为 0.1 的搜索  24-26
    3.1.2 步幅为 0.01 的精搜索  26-27
  3.2 模板相位误差分析  27-30
第4章长焦深光刻物镜的设计  30-55
  4.1 系统的基本结构及原理  30-33
  4.2 光刻物镜的结构和参数  33-38
    4.2.1 光刻物镜的结构与参数的确定  33-36
    4.2.2 投影光刻物镜的像质评价方法  36-38
  4.3 双远心投影成像物镜的设计  38-52
    4.3.1 物镜前组的设计  38-44
    4.3.2 物镜后组的设计  44-46
    4.3.3 激光器微小色差的校正  46-47
    4.3.4 光刻物镜的整体优化  47-50
    4.3.5 公差分析  50-52
  4.4 光瞳模板的仿真  52-55
    4.4.1 非序列模式的实现  52-53
    4.4.2 光瞳模板的仿真  53-55
第5章长焦深数字灰度光刻技术仿真实验  55-62
第6章总结与展望  62-64
  6.1 总结  62-63
  6.2 后续工作展望  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
附录Ⅰ  68

长焦深数字灰度光刻物镜设计

内容摘要

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