消除数字光刻像素栅格衍射影响的研究

提出用优化成像系统设计参量的方法有效消除基于数字微镜阵列的栅格结构及其衍射对微结构成像质量的影响.模拟结果表明,当照明光源的波长为0.365 μm,系统的数值孔径为0.3左右,缩小倍率为10～20×时,栅格像的可见度在0.1以下,DMD的栅格结构对成像质量的影响大幅降低;对微透镜的成像分析发现,合理的成像系统结构参量能有效地减少栅格的影响.如果结合DMD显示图形的可编程特点,优化图形的结构或灰度,则能在像面获得较理想的曝光量分布,达到快速加工二维和三维微结构的目的.实验结果证实了优化系统参量可有效消除DMD栅格的影响.     

优化掩模分布改善数字光刻图形轮廓

基于数字微反镜(DMD)的无掩模数字光刻系统可用于IC掩模制作或育接作为微结构的加工工具,有着广泛的应用前景.但理沦和实验均发现基于DMD数宁光刻系统加工连续表面微结构元件时,往往难以获得预期的图形轮廓,加工出的图形表面具有规则的振荡起伏.在深入探讨DMD灰度图形传递的基础上,分析了空间像畸变产生的物理机制,并提出用模拟退火算法来优化掩模图形,在5%的相对曝光量偏差范围内模拟表明优化有效地消除了表面起伏,最后利用优化的掩模实验加工出表面轮廓比较良好的轴锥镜阵列.该方法能有效改善面形质量,而且不存在掩模制作等问题,这对于制作高质量的微结构元件有重要意义.     

数字灰度光刻成像物镜设计

为了研究数字灰度光刻成像系统中栅格效应对像质的影响.在成像系统优化参量已有的研究基础上,综合考虑工作效率、光刻准确度、加工制造成本等因素,设计了一种能够有效消除数字灰度光刻成像栅格效应的光刻物镜.此光刻物镜技术指标为,数值孔径NA＝0.3,工作波长λ＝442 nm,倍率10×,分辨率R≤1.2 μm,焦深4 μm,且镜片数量少,光学加工、光学校装公差要求低.结果表明,该镜头完全满足数字灰度光刻高质量成像的需要.     

激光直写光刻中线条轮廓的分析

考虑了光刻胶对光吸收作用,在已有描述胶层内光场分布模型的基础上,较为准确地推导出光刻胶层内不同深度位置的光场分布.使用迭代方法计算得到了胶层内曝光量空间分布曲线,分析了不同曝光量下胶层内的线条轮廓,为直写光刻中曝光量的选择提供了依据.实验结果分析与理论分析的结果一致.     

高分辨率衍射图形的DMD并行激光干涉直写

通过将数字微反射镜（Digital Micro-mirror Device,DMD）输入阵列图形微缩干涉成像,激光干涉直写系统在光刻胶板上得到缩小的干涉光斑图形,像素特征尺寸3.5 μm,干涉条纹周期1 μm.控制刻蚀深度、干涉条纹取向和DMD输入图形的结构,系统能数字化完成2D/3D、3D光变图像、超微图形文字以及二元光学元件的制作,实现了超高分辨率图形与高效的干涉光刻.给出了实验结果.     

低曝光量下投影算法的稳健性研究

研究了在低曝光量情况下灰度投影算法的稳健性,为提出的稳定成像系统的设计与实现提供可行性论证。通过合成视频实验探讨、实际视频实验论证相结合的研究方法,探讨曝光量不足对灰度投影算法性能的影响。实验结果表明,灰度投影算法在欠曝5档和存在一定随机噪声的情况下,仍能保持良好的运动矢量估计性能,从而说明了投影算法在一定的曝光量范围内仍能准确地得到运动矢量估计,是一种运算量小、实时性好且稳健性较强的电子稳像算法。投影算法在低曝光量情况下良好的稳像稳健特性,使其能在低亮度及高实时性要求等环境下应用于航拍、卫星遥感等稳定成像或高清晰成像场合。     

红外目标模拟系统DMD成像非均匀性分析及校正

基于数字微镜阵列（DMD）的红外目标模拟系统具有高分辨率、高帧率和大温度范围等优点，能够经济、有效地检测和评估红外探测系统的工作性能。为了研究基于DMD的红外目标模拟系统中照明系统的结构设计对成像均匀性的影响并减小像面照度不均匀性，提出了一种消除成像不均匀的方法，对DMD照明系统的结构参数进行了分析和设计，以成像光束截面积之比作为相对照度指标，建立了数学模型，用软件进行数值仿真，得到了能消除因渐晕导致的照度不均匀现象的结构参数和像面各点相对照度分布在88.75%～1；并用TracePro验证了理论分析的结果，得到像面各点相对照度分布在90.91%～1，与理论分析结果相符，证明了在DMD照明系统结构参数设计合理的情况下，该方法可以有效降低因渐晕导致的像面照度不均匀性，为红外目标模拟系统结构参数的设计和像面照度分析提供了参考。     

激光光刻中数字微镜器件关键技术研究

在无掩模激光光刻系统中,TI(Texa instrument,德州仪器)公司基于DLP(digital light processing,数字光处理)架构的DMD(digital micromirror device,数字微镜器件)系统已经得到应用,但是存在光刻图像质量和光刻速度无法提高等瓶颈.提出采用单片FPGA控制...     

数字微镜器件在会聚成像光路中的像差分析

数字微镜器件(DMD)应用于会聚成像光路中时,其表面微镜绕各自旋转轴做偏转运动,且微镜相对平面反射镜呈非连续分布,这导致了经过DMD反射后的光束轴外视场主光线与轴上视场主光线存在光程差。利用几何光学和像差理论,在基于DMD的会聚成像光路中得到了DMD面上的像高、光线入射角度、DMD像素大小及偏转角与最终光程差之间的关系。分析了影响光学系统像质的因素及补偿方法,并通过仿真模拟和实验验证了理论的正确性。该研究结果对采用DMD器件的光学系统设计和装调均具有重要意义。     

基于数字微镜成像系统的响应曲线标定方法研究

高动态范围成像技术是当前光学成像领域的研究热点。基于数字微镜器件(DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,设计了一种DMD相机,可提高成像系统的动态范围。同时,为了合理有效地编码控制DMD,根据该成像系统的结构及成像特征,利用数学分析方法先后标定了DMD调光响应曲线和CMOS图像探测器的响应曲线,并在此基础上提出基于DMD相机的响应曲线标定方法。实验表明,该成像系统突破了普通数字相机动态范围的限制,动态范围可提高至96dB以上。同时,还完成了DMD相机响应函数的快速标定,为实现DMD掩模的自适应调整提供了重要依据。     

Fast imaging algorithm for DMD-based photolithography with partially coherent illumination

In the paper, the characteristic of imaging with digital micro-mirror device (DMD) illuminated by a partially coherent light is discussed using Abbe's method. When a mask is sampled by DMD, the intensity in the substrate is modulated by sinc function and cut off by pupil function, according to oblique illumination theory and Fourier transform property of exponential function, a fast partially coherent imaging algorithm for DMD-based dynamic projection photolithography is proposed to combine Hopkins's method with Abbe's method. In the algorithm, the transmission cross coefficient (TCC) matrix of DMD projection photolithography is constructed as two-matrix multiplication according to illuminate source points. The new development presented in this paper utilizes matrix multiplication technique to speed up the computation of TCC matrix by tenfold on an average, which is beneficial to real time mask shift and mask optimization in DMD-based gray-tone photolithography.     

Research on improving the transverse resolution of binary optical element by digital-division-mask technique

We present the digital-division-mask technique for the first time to solve the problem of decline in transverse resolution, which is caused by using digital micro-mirror device (DMD) to make binary optical elements (BOEs). One high-frequency gray-tone mask can be divided into several low-frequency masks by fixed or variable low-frequency period sampling. And the superimposed lithography effect of these low-frequency masks in the spatial or temporal domain is the same as that of the original high-frequency gray-tone mask. The paper firstly analyzes the digital-division-mask technique in theory and describes the feasibility and advantages. Then taking the diffractive surface fabrication of refractive-diffractive hybrid lens as an example, we conclude that the digital-division-mask technique improves the edge sharpness of lithography pattern, and enhances the diffractive efficiency of BOEs by experiment.     

基于数字微镜器件亚微米制备技术研究

为了实时、便捷的改变光刻图案以用于微纳光子器件制备,使用数字微镜器件构建了一套无掩模亚微米尺度制备系统.基于阿贝成像原理分析了周期结构在相干光照明下的成像过程,并用数值模拟以及空间滤波实验证明了这个过程.使用此实验系统制作出了周期为900 nm的二维结构以及周期为数十微米的带缺陷结构.实验表明,使用数字微镜器件可以方便的制作出亚微米尺度的图案.     

数字微镜器件制造精度误差对紫外光调制特性的影响

 数字微镜器件（DMD）的能量利用率对于提高无掩膜激光直写系统的效率十分重要。对DMD在相干光照明下的相位调制特性进行数值和实验分析,发现同种型号DMD在出射0级光垂直于微镜表面角度入射情况下的衍射图样,其光能量分布各不相同,有0级光强占总光强27.2%的情况,也有零0级光强占总光强13.1%的情况,理论计算表明,DMD的微镜偏转角存在±1°的误差可以使DMD衍射0级的衍射效率在极大和极小之间变化。这一结论对于选择高能量利用效率的DMD有重要参考价值。     

Error analysis of digital virtual mask fabrication technique

The digital virtual mask technique based on digital micro-mirror device (DMD) is applied in the field of micro-engineering such as the machining of micro-optical elements. On the premise of universality, the error of digital virtual mask technique is theoretically deduced, combined with the functional diagram used in the experiment. Based on the expanding application of Rayleigh's criterion, the reference of calculating the error of the lithography mask technique is given. And the method of improving the technique is also discussed.     

基于DMD微光刻的导光板模板的制作方法

提出了一种基于数字微反射镜(DMD)微光刻的导光模板的制作方法.导光板的网点单元图形由DMD输入,经过缩微光学成像系统缩微后,在光刻胶干板上逐单元网点曝光,再经过显影、微电铸得到导光板模板,在PC薄板材上用微纳米压印制成导光板,厚度仅为0.381 mm.采用自行研制的SVGwriting-DMD激光直写系统,图形的最小分辨率为2 μm,DMD微光刻法无需掩膜版,可实现不同形状、大小、微结构的单元网点图形及网点的排布,便于大幅面的导光板模板的制作.     

用灰阶编码掩模制作折/衍混合微光学元件

设计了消色差的折,衍混合微光学元件的灰阶掩模,该掩模对光刻过程中的畸变进行了预校正,并给出了模拟计算的的结果。