专利名称：微光学器件数字分形掩模制作方法
技术领域：
本发明涉及微光学器件的制作方法，尤其是涉及一种微光学器件数字分形掩模制作方法。
背景技术：
微光学器件的制作方法是近年来国内外微光学领域研究的热门。与微光学器件相关的各种设计和分析方法已逐渐成熟，但相应的大规模、高效率、快速制作及复制技术却受到各种条件的限制，尤其是在国内，还未达到实用化阶段。目前新兴的采用电寻址空间光调制器制作灰度掩模技术，为大规模、快速、灵活制作台阶或连续微光学器件开辟了一条新的道路。该技术既可以实现实时掩模制作，也可以用于激光快速直写。在采用电寻址空间光调制器制作灰度掩模的系统中，由于像素尺寸不可能做的太小，因此，必需采用精缩投影光学系统。而精缩投影物镜的通光孔径有限，使透镜变成一个通低频、阻高频的低通滤波器件。当电寻址空间光调制器的出射面与精缩系统物镜之间的距离较大时，会因为一些代表掩模精细结构信息的高频衍射级次丢失而造成掩模曝光图形的边缘模糊，从而导致掩模版上光刻图像分辨力下降。
目前，国内外在提高光刻系统分辨力的波前工程方面的研究(如相移掩模、离轴照明、光瞳滤波等)，可以较好地解决掩摸光刻投影分辨力与焦深的问题。但这几种方法主要是仅针对已经制作好的分辨率高、特征尺寸小的掩模版在加工光学、半导体或微电子机械系统(MEMS)器件过程中应用的，不适用于采用电寻址空间光调制器变灰度掩模投影精缩系统。
发明内容
本发明的目的在于克服电寻址空间光调制器制作灰度掩模过程中，精缩透镜的低通滤波特性导致灰度掩模边缘锐度下降的缺陷，提供一种可降低精缩投影透镜低通滤波特性对光刻曝光影响、提高光刻图像分辨力的微光学器件数字分形掩模制作方法，它可使透镜造成的高频能量损失降低至0.1％以内。
本发明的目的是这样实现的(1)将一幅高频掩模图形分解成m幅大小相等的低频掩模，m为大于等于2的整数；(2)将这m幅低频掩模沿垂直于掩模所在平面的方向对准叠加，叠加后对应位置的灰度值相加等于原高频掩模对应位置的灰度值；(3)通过实时掩模技术，将这m幅低频掩模顺序曝光，每幅曝光时间是原掩模曝光时间的1/m，从而恢复出原高频掩模图形。
对一幅数字微镜器件(DMD)高频灰阶掩模图形的分解成m幅大小相等的低频掩模方法为按一固定的低频周期采样，低频采样周期为原高频掩模图样最小周期的m倍，m为大于等于2的整数，从而将一幅高频掩模图形分解成m幅大小相等的低频掩模。
对一幅数字微镜器件多台阶灰度掩模图形的分解成m幅大小相等的低频掩模方法为直接按台阶数m分形，分形低频掩模的数量即为台阶数m，从而将一幅高频掩模图形分解成台阶数m幅大小相等的低频掩模。
由于电寻址空间光调制器像素之间的距离是固定的，因此，通过计算机控制电寻址空间光调制器在线实时完成不同掩模图像之间的切换或移动，不存在传统模拟掩模更换的二次对准难题。本发明通过实时掩模技术，将多个分形后的低频掩模按顺序曝光，相当于在掩模基片上多个低频掩模叠加，从而恢复出原高频掩模图形。实时掩模曝光提高了掩模制作的效率。
因此，本发明具有如下优点(1)利用分形掩模技术制作微光学器件灰度掩模，降低精缩投影透镜低通滤波特性对光刻曝光影响，可使透镜造成的高频损失降低至0.1％以内，同时，将部分低频能量搬迁至中高频，较好地改善了灰阶掩模图形的边缘锐度，提高了电寻址空间光调制器制作灰度掩模的光刻分辨力。
(2)实时掩模曝光解决了多个分形掩模对准的难题；(3)分形掩模还可以将复杂掩模设计变得简单化，将多灰阶掩模变成多个二元掩模组合，降低掩模图形制作的难度；(4)分形掩模得到的二值化掩模降低了数字微镜器件像素的频繁翻转次数，提高了一个刷新周期内数字微镜器件像素状态的一致性，避免了多灰阶掩模中因灰阶不同而出现的任意两个像素都可能翻转频率不同，任意两列都可能构成变频二元光栅的情况，易于选取感光材料的线性段曝光。
图1为初始掩模示意图；图2为二分形掩模的掩模分形方法示意图；图3为三分形掩模的掩模分形方法示意图；图4为初始八台阶高频闪耀光栅掩模图；图5为对图4进行七分形二元低频掩模组的多台阶灰度掩模分形成二元掩模组合示意图。
具体实施例方式
以下结合实施例并对照附图对本发明作进一步进行详细说明。
实施例1对一幅数字微镜器件高频灰阶掩模图形的数字分形掩模制作方法
(1)按一固定的低频周期采样，低频采样周期为原高频掩模图样最小周期的2倍，从而将一幅高频掩模图形分解成2幅大小相等的低频掩模；(2)将这2幅低频掩模沿垂直于掩模所在平面的方向对准叠加，叠加后对应位置的灰度值相加等于原高频掩模对应位置的灰度值；(3)通过实时掩模技术，将这2幅低频掩模顺序曝光，每幅曝光时间是原掩模曝光时间的1/2，从而恢复出原高频掩模图形。
实施例2对一幅数字微镜器件高频灰阶掩模图形的数字分形掩模制作方法(1)按一固定的低频周期采样，低频采样周期为原高频掩模图样最小周期的3倍，从而将一幅高频掩模图形分解成3幅大小相等的低频掩模；(2)将这3幅低频掩模沿垂直于掩模所在平面的方向对准叠加，叠加后对应位置的灰度值相加等于原高频掩模对应位置的灰度值；(3)通过实时掩模技术，将这3幅低频掩模顺序曝光，每幅曝光时间是原掩模曝光时间的1/3，从而恢复出原高频掩模图形。
实施例3对一幅数字微镜器件八台阶灰度掩模图形的数字分形掩模制作方法(1)直接按台阶数8分形，分形低频掩模的数量即为台阶数8，从而将一幅高频掩模图形分解成台阶数8幅大小相等的低频掩模；(2)将这8幅低频掩模沿垂直于掩模所在平面的方向对准叠加，叠加后对应位置的灰度值相加等于原高频掩模对应位置的灰度值；(3)通过实时掩模技术，将这8幅低频掩模顺序曝光，每幅曝光时间是原掩模曝光时间的1/8，从而恢复出原高频掩模图形。
权利要求
1.一种微光学器件数字分形掩模制作方法，其特征在于(1)将一幅高频掩模图形分解成m幅大小相等的低频掩模，m为大于等于2的整数；(2)将这m幅低频掩模沿垂直于掩模所在平面的方向对准叠加，叠加后对应位置的灰度值相加等于原高频掩模对应位置的灰度值；(3)通过实时掩模技术，将这m幅低频掩模顺序曝光，每幅曝光时间是原掩模曝光时间的1/m，从而恢复出原高频掩模图形。
2.如权利要求1所述的微光学器件数字分形掩模制作方法，其特征在于按一固定的低频周期采样，低频采样周期为原高频掩模图样最小周期的m倍，m为大于等于2的整数，从而将一幅高频掩模图形分解成m幅大小相等的低频掩模
3.如权利要求1所述的微光学器件数字分形掩模制作方法，其特征在于直接按台阶数m分形，分形低频掩模的数量即为台阶数m，从而将一幅高频掩模图形分解成台阶数m幅大小相等的低频掩模。
全文摘要
本发明公开了一种微光学器件数字分形掩模制作方法，它是先将一幅高频掩模图形分解成m幅大小相等的低频掩模，然后将这m幅低频掩模叠加，叠加后对应位置的灰度值相加等于原高频掩模对应位置的灰度值，再通过实时掩模技术，将这m幅低频掩模顺序曝光，每幅曝光时间是原掩模曝光时间的1/m，从而恢复出原高频掩模图形。本发明具有如下优点(1)降低精缩投影透镜低通滤波特性对光刻曝光影响，可使透镜造成的高频损失降低至0.1％以内，较好地改善了灰阶掩模图形的边缘锐度，提高了电寻址空间光调制器制作灰度掩模的光刻分辨力；(2)实时掩模曝光解决了多个分形掩模对准的难题；(3)降低掩模图形制作的难度；(4)易于选取感光材料的线性段曝光。
文档编号G03F1/38GK1564084SQ200410017769
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月16日 优先权日2004年4月16日
发明者吕海宝, 漆新民, 谌廷政, 高益庆, 罗武胜, 周卫红, 朱小进, 周鞠宁, 罗宁宁 申请人:南昌航空工业学院, 中国人民解放军国防科学技术大学