數(shù)字光刻成像算法及其掩模優(yōu)化方法研究.pdf

1、近年來，基于數(shù)字微鏡器件(DMD)的無掩模數(shù)字光刻技術(shù)引起了人們的極大的關(guān)注。DMD作為數(shù)字光刻系統(tǒng)的掩模發(fā)生器，具有靈活、低成本、分辨率高、速度快以及可以顯示任意形狀的掩模圖形且可以實(shí)時修改等優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)在高精度掩模制作和微光學(xué)器件等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前這一技術(shù)在國際上仍處于探索研究階段。研究數(shù)字光刻成像理論以及快速精確的數(shù)字圖形優(yōu)化算法，對于研制高分辨率數(shù)字光刻設(shè)備具有重要的理論和實(shí)踐意義。本論文以研究快速的數(shù)字光刻成像算法以及

2、提高數(shù)字光刻成像質(zhì)量為目標(biāo)，對數(shù)字光刻技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.研究了部分相干成像理論模型，針對傳輸交叉矩陣計算復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，結(jié)合DMD微鏡的特點(diǎn)，提出了一種快速的部分相干成像方法。該方法具有計算速度快、算法效率高的特點(diǎn)，適合于利用計算機(jī)模擬仿真技術(shù)來分析數(shù)字掩模對DMD數(shù)字光刻成像質(zhì)量的影響。為了進(jìn)一步提高算法的性能，提出了兩種加速方法。利用SVD方法，提出了加速方法一，該方法通過降低矩陣的特征

3、向量數(shù)的方法，提高算法的執(zhí)行效率。針對常用曝光光源對稱的特點(diǎn)，提出了加速方法二，該方法通過降低曝光光源采樣數(shù)的方法，提高了算法的計算速度，適合于對稱曝光光源的光刻成像分析。計算機(jī)仿真結(jié)果表明了算法的有效性。
　　2.分析了DMD微鏡作為數(shù)字掩模的特點(diǎn)，建立了單個微鏡成像的系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)，并提出了一種像素級光刻成像算法。該方法將光刻成像系統(tǒng)看作線性不變系統(tǒng)，利用單個微鏡成像的疊加來實(shí)現(xiàn)整DMD數(shù)字掩模的成像。該算法為分析DMD微鏡狀態(tài)

4、對數(shù)字光刻成像質(zhì)量的影響提供了一種有效的分析方法。計算機(jī)仿真驗(yàn)證算法的有效性。
　　3.針對DMD數(shù)字掩模光刻成像質(zhì)量不高的問題，通過精細(xì)采樣方法將DMD灰階掩模用二元掩模來表示,提出了基于逆光刻理論的數(shù)字掩模優(yōu)化方法。該方法通過梯度優(yōu)化算法優(yōu)化二元掩模，并最終確定微鏡的灰階值。同時，針對DMD成像時微鏡之間的相互干擾，提出了關(guān)鍵像素和邊界像素的概念，簡化了優(yōu)化過程。該方法克服了直接利用二元脈寬調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)DMD灰階成像計算復(fù)雜度

5、高的缺點(diǎn)，具有計算過程簡單、優(yōu)化速度快、優(yōu)化效果較好的特點(diǎn)。計算機(jī)仿真表明，算法可以有效的提高DMD數(shù)字光刻成像的質(zhì)量。
　　4.針對利用DMD灰階成像方法構(gòu)造的三維微器件質(zhì)量不高的特點(diǎn)，提出了利用共軛梯度算法提高DMD構(gòu)造三維微器件質(zhì)量的方法。建立了以每一個DMD微鏡的曝光時間為優(yōu)化變量，以期望的三維器件刻蝕高度與實(shí)際重構(gòu)的高度之差為評價指標(biāo)的優(yōu)化模型。建立了DMD微鏡像素與抗蝕劑像素之間的對應(yīng)關(guān)系表,降低優(yōu)化過程的計算量。仿真