一種用于數字光刻系統的光強不均勻性測量與校正方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光學技術領域，主要應用在基于數字微鏡陣列(Digital Micromirror Devices，DMD)的光刻系統中，是一種光強不均勻性的測量與校正方法。
【背景技術】
[0002] 數字微鏡陣列(DMD)具有較高的分辨率、對比度、灰度等級和響應速度等優點，不 僅已成功地應用于數字投影設備，近幾年其應用領域得到較大地擴展，其中包括數字光刻。 基于DMD的數字光刻系統是近幾年興起的新型微細加工設備，它被應用于諸多加工領域，包 括印制電路板、微光學元件、3D模型等。該系統主要包括照明光源、數字微鏡(DMD)以及投影 光刻物鏡;其中照明光源的均勻性直接影響光刻圖案的曝光質量，為了保證較好的刻寫線 條，照明光源的均勻度指標一般在95%以上；目前，對于高壓汞燈、激光光源和LED光源，普 遍從光學方法上進行勻光，比如使用勻光棒、微透鏡陣列等，但是系統的結構復雜，同時系 統的裝調精度要求較高，因此很難達到所要求的均勻度指標。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題是提供一種用于掃描式數字光刻機的光強不均勻性測 量與校正方法，以解決傳統光學校正技術所造成的系統結構復雜以及系統裝調精度要求高 等問題。
[0004] 本發明的技術方案是采用以下步驟實現：
[0005] 1、光強不均勻性的測量
[0006] 1)利用積分球對CCD相機標定，以去除CCD隨機噪聲對測量結果的影響；
[0007] 2)將DMD物面分為NXN的矩形區域陣列；
[0008] 3)利用已標定的CCD相機在光刻系統的像面位置B次采集每一個矩形區域的光強 信息(灰度值），取B次采集結果的平均值，去除隨機誤差的影響，得到每一個矩形區域的光 強分布；
[0009] 4)將區域的光強分布圖合并，得到像面的整體光強分布圖；
[0010] 5)將所合并的像面光強分布圖，根據光刻物鏡的放大倍率的倒數1/M，放大至DMD 物面實際的矩形區域尺寸，得到DMD面上的整體光強分布；
[0011] 2、光強不均勻性的校正
[0012] 1)各行疊加后，獲取一維光強分布。
[0013] 根據掃描曝光的原理，某一曝光點的總能量是沿著掃描方向整行(或整列)像素的 曝光量之和，因此，實際反映均勻性的是各行(或各列)所有像素的強度值被疊加后的一維 分布。
[0014] 2)選取基準值。
[0015] 對步驟1)中疊加后的一維分布，取其最小值作為基準值。
[0016] 3)獲取所需關閉的像素。
[0017] 根據步驟1)的一維分布，分別計算各元素值與步驟2)基準值的差值;已知差值，對 1中步驟5)的整體二維分布逐列關閉像素，并判斷所有被關閉像素的灰度值總和是否在[A， B)范圍內，如果是，則計算被處理后的均勻度，當大于均勻度指標G，結束處理;若小于G，繼 續關閉像素，直至均勻度達到G。其中[A，B)范圍是指圖3中曝光過程的A幅和B幅。
[0018] 4)獲取照明校正板。
[0019] 根據上述所關閉的像素，被關閉的位置設為0,未被關閉的位置設為1，獲得二值圖 像，即校正板，將其輸入DMD控制電路板，即可在對應位置上控制像素的開或關狀態，進而 實現不均勻性的校正。
[0020] 本發明是對光強不均勻性的預先測量與校正，結合掃描曝光中對每個像素點的曝 光次數的控制來實現的，解決了傳統光學校正技術的系統結構復雜、裝調要求高等問題，保 證最終的照明均勻度達到95%。
【附圖說明】
[0021] 圖1是與本發明相關的光刻系統的結構示意圖
[0022] 圖2是測量光強不均勻性的示意圖 [0023]圖3是掃描曝光模式的示意圖 [0024]圖4是判斷像素關閉的流程圖
【具體實施方式】
[0025]如圖1所不。圖1為所搭建的DMD光刻系統的不意圖，半導體激光器(405nm)l的光束 經過耦合光纖2后，經透鏡組3被準直，光束經過微透鏡陣列4分束，再經場鏡5擴束，爾后被 反射鏡6輻照至DMD7上，光束經過DMD調制后，由一個精縮物鏡(4f系統)8將圖像投影至涂覆 光刻膠的基板9上。XYZ精密運動臺10可實現大面積加工。
[0026] 如圖2所示。圖2為所搭建的光強不均勻性的測量裝置，DMD看成8X8的分塊區域， 用已標定的CCD分別測量每一個小區域的灰度圖。
[0027] 如圖3所示。圖3為與本發明相關的掃描曝光工作模式，整個曝光過程是從A到F，圖 中的數字表示被曝光的次數。DMD上輸入的圖像是滾動顯示的，平臺的運動方向與圖像的滾 動方向是一致的;DMD上鏡元的偏轉頻率與平臺的運動速度也是相互匹配，這樣在平臺上的 每一個曝光點都被DMD整行的像素曝光。最終的能量，主要由該曝光點通過時，該行中有多 少個像素保持"開"的狀態來決定。
[0028]具體實例以如下步驟實現：
[0029] 1)像面光強分布的測量
[0030] 像面的光強不均勻性反映了光刻系統對照明均勻性的整體影響，利用256灰階CCD 在像面處進行采集。首先，為避免CCD的噪聲對測量的影響，在測量之前，利用積分球對CCD 標定。爾后，將DMD分成8X8的小區域，分別對每一個區域采集10幅灰度圖像，經過平均運算 去除CCD噪聲，再經過4倍放大，得到每一個區域最終的灰度分布;之后再將所有小區域的圖 像拼接，從而獲得像面光強的二維分布，如下式的矩陣I m,n所示，其中am,n表示各像素的灰度 值。
[0031]
[0032] 2)各行疊加后，獲取一維光強分布。
[0033]根據掃描曝光的原理，將二維分布Im,n的各行疊加，得到一維的光強分布。
[0034]
[0035] 3)選取基準值。
[0036] 對疊加后的值，取其最小值作為基準值，即Imin=min{In}。
[0037] 4)獲取所需關閉的像素。
[0038]根據步驟2)的一維分布，分別計算1"與1_的差Dn;根據圖4所示的流程判斷關閉 哪些像素，即，已知差值Dn，對二維分布Im,n逐列關閉像素，并判斷所有被關閉像素的灰度值 總和Gn是否在[Dn，3Dn/2)范圍內，如果是，則計算被處理后的均勻度，當大于95%，結束處 理;若小于95 %，繼續關閉像素，直至均勻度達到95 %以上。最終，得到下式的結果。
[0039]
[0040] 5)獲取照明校正板。
[0041]根據上述所關閉的像素，被關閉的位置設為〇,未被關閉的位置設為1，獲得二值圖 像，即校正板，如下式所示，將其輸入DMD控制電路板，即可在對應位置上控制像素的開或關 狀態，進而實現不均勻性的校正。
[0042]
。
【主權項】
1. 一種用于數字光刻系統的光強不均勻性測量與校正方法，其特征在于由W下步驟實 現： 1) 光強不均勻性的測量 (1) 利用積分球對CCD相機標定，W去除CCD隨機噪聲對測量結果的影響； (2) 將DMD物面分為NXN的矩形區域陣列； (3) 利用已標定的CCD相機在光刻系統的像面位置B次采集每一個矩形區域的光強信 息，取B次采集結果的平均值，去除隨機誤差的影響，得到每一個矩形區域的光強分布； (4) 將區域的光強分布圖合并，得到像面的整體光強分布圖； (5) 將所合并的像面光強分布圖，根據光刻物鏡的放大倍率的倒數1/M，放大至DMD物面 實際的矩形區域尺寸，得到DMD面上的整體光強分布； 2) 光強不均勻性的校正 (1) 各行疊加后，獲取一維光強分布； (2) 選取基準值 對步驟(1)中疊加后的一維分布，取其最小值作為基準值； (3) 獲取所需關閉的像素 (4) 獲取照明校正板。2. 根據權利要求1所述的光強不均勻性測量與校正方法，其特征在于:像面光強分布的 測量是在測量之前，利用積分球對CCD標定，爾后，將DMD分成8X8的小區域，分別對每一個 區域采集10幅灰度圖像，經過平均運算去除CC即果聲，再經過4倍放大，得到每一個區域最終 的灰度分布;之后再將所有小區域的圖像拼接，從而獲得像面光強的二維分布，如下式的矩 陣Im, n所示，其中a", n表示各像素的灰度值3. 根據權利要求1和2所述的光強不均勻性測量與校正方法，其特征在于:將二維分布 Im,n的各行疊加，得到一維的光強分布。對疊加后的值，取其最小值作為基準值，即Imin = Hlin { In}。
【專利摘要】一種用于數字光刻系統的光強不均勻性測量與校正方法，屬于光學技術領域，是利用積分球對CCD相機標定，將DMD物面分為N×N的矩形區域陣列，進而得到每一個矩形區域的光強分布，得到像面的整體光強分布圖及DMD面上的整體光強分布，完成光強不均勻性的測量；獲取一維光強分布，選取基準值獲取所需關閉的像素及照明校正板，完成光強不均勻性的校正。本發明是對光強不均勻性的預先測量與校正，結合掃描曝光中對每個像素點的曝光次數的控制來實現的，保證最終的照明均勻度達到95%。
【IPC分類】G03F7/20
【公開號】CN105652607
【申請號】
【發明人】姜元清
【申請人】長春長光天辰光電科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年4月8日