校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的新方法

摘要

校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的新方法属于确定DMD光刻系统中投影镜头焦平面和相机的焦平面位置的校准方法领域，该方法设计了一种辅助对焦分划板，借助该新型分划板规律断续的外轮廓线边缘，可以在校准过程中快速判断分划板的端面倾角姿态是否与光轴垂直；利用反光镀膜间隔条纹可以判断分划板沿光轴方向的距离位置是否适中。分划板上其余未被反光镀膜间隔条纹覆盖的透光条纹区域用于透过DMD的光条图案，可以方便相机或显微镜对焦；反光镀膜间隔条纹和规律断续的外轮廓线边缘相结合，还兼具向CCD调焦相机反射DMD的光条图案和辅助CCD调焦相机倾角姿态校准的作用。该方法在校准投影镜头焦面和相机焦面的同时还分别校准了其二者的倾角姿态。

说明书

技术领域

本发明属于确定DMD光刻系统中投影镜头焦平面和相机的焦平面位置的 校准方法领域，具体涉及一种校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位 置的新方法。

背景技术

新一代基于数字微镜阵列(Digital Micro-mirror Device，DMD)空间光调制 器的数字无掩模光刻技术大幅简化了传统光刻掩膜制作工艺的繁琐流程，使得 新型数字光刻掩膜的制作变得简单易控，显著提升了光刻图形的复杂度，并进 一步改善了光刻的精度和效率。

DMD数字无掩模光刻系统是成熟的现有技术，如图1所示，其基本结构包括 光源1、DMD空间光调制器2、半反半透棱镜3、投影镜头4和CCD调焦相机6。 DMD数字无掩模光刻系统用计算机优化DMD空间光调制器产生一系列虚拟的 数字图形作为虚拟掩膜，并控制投影镜头把图形一幅幅地投影到与投影镜头焦 平面重合的光刻基片上，对基片进行光刻蚀。基片表面的反射光沿投影镜头4返 回，并经半反半透棱镜3的反射进入CCD调焦相机6。由CCD调焦相机或显微镜 等观测设备对光刻基片上的光场分布图案进行数字化信息采集。通过分析光刻 基片上的图案信息是否符合预期要求，可以对下一幅即将被投影的数字图形的 结构进行进一步的预调控和优化，通过该反馈和优化过程最终可以获得最佳的 光刻图形质量。

上述过程中，首先要求光刻基片位于投影镜头4的焦平面上，同时，还要确 保CCD调焦相机的焦平面与DMD空间光调制器2共轭，只有这样，才能在保障光 刻精度的同时，也使CCD调焦相机能够清晰的成像拍照。因此，DMD数字无掩 模光刻系统在正式开始光刻作业前，首先要对CCD调焦相机的焦平面位置进行 校准。通常，用如图2所示的玻璃平板5作为投影物面，该玻璃平板5的一侧是反 射镜5-1，其另一侧是透明玻璃5-2。光源1的出射光经DMD空间光调制器反射后 会投射出如图3所示的、明暗相间的DMD条纹图案，投影镜头4将DMD条纹图案 投射到玻璃平板5的上端面，该DMD条纹图案的一半被玻璃平板5一侧的反射镜 5-1反射后沿投影镜头4返回，并经半反半透棱镜3的反射进入CCD调焦相机6。 DMD条纹图案的一半直接透过对焦玻璃平板5另一侧的透明玻璃5-2，并入射到 用于辅助对焦的显微镜7中。

对焦时，首先用显微镜7观察玻璃平板5的外轮廓边缘及其下端面，并反复 调校对焦玻璃平板5在投影镜头4光轴上的姿态和位置，直至如图4所示的玻璃平 板5的圆形外轮廓边缘、玻璃平板5的下端面以及视野中由透明玻璃5-2所透过的 的DMD条纹图案整体均清晰时，则可确定，此时的玻璃平板5已经与投影镜头4 的焦平面9重合。

然后，在保持玻璃平板5位置不变的前提下，改用DMD调焦相机对此时的玻 璃平板5的上端面进行观察和对焦，CCD调焦相机6的成像如图5所示，其包括玻 璃平板5的圆形外轮廓边缘、玻璃平板5的上端面的反射镜5-1以及由反射镜5-1所 反射的一半DMD条纹图案。最终，当CCD调焦相机6能够清晰成像时，则可确定， 此时的投影镜头4的焦平面已经与由玻璃平板5所确定的CCD调焦相机6的焦平 面重合，对焦校准工作结束。

但是，由于玻璃平板5中的反射镜5-1和透明玻璃5-2均是半圆，因此，在利 用玻璃平板5确定投影镜头4焦平面位置的过程中，仅在透明玻璃5-2所在一侧的 半圆部分能够同时看到一半的DMD条纹图案，这不利于此时另一侧反射镜5-1外 轮廓边缘的倾角校准和沿光轴的位置校准，可能导致玻璃平板5与光轴不垂直或 者沿光轴的轴向位置有定位偏差。另一方面，在利用玻璃平板5确定CCD调焦相 机6的焦平面的过程中，仅在反射镜5-1所在一侧的半圆部分才能同时看到一半的 DMD条纹图案，这可能导致CCD调焦相机6对焦不够精确，并且无法据此校准 CCD相机的倾角姿态，影响焦平面校准的精度和效率。

发明内容

为了解决现有用于定位DMD光刻系统中相机焦平面位置的玻璃平板，其在 用于确定投影镜头焦平面位置的过程以及用于确定CCD调焦相机焦平面位置的 过程中，均分别仅利用了一半的DMD条纹图案，这导致基于玻璃平板的整个圆 形外轮廓边缘的倾角校准过程可能发生无法与光路垂直的离轴偏差或发生沿光 轴的轴向位置定位偏差，并且无法校准投影镜头倾角姿态或CCD相机的倾角姿 态的技术问题，本发明提供一种校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面 位置的新方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的新方法，其包括如下 步骤：

步骤一：制作一种新型的分划板作为对焦辅助装置，该分划板直接采用玻 璃或有机玻璃薄板，将其上端面沿直径对称分为区域A和区域B两半，并分别 在区域A和区域B上镀上反光镀膜间隔条纹，所述反光镀膜间隔条纹彼此平行 且宽度均相同，它们的条纹间距也均相等；反光镀膜间隔条纹的间隙部分形成 透光条纹；反光镀膜间隔条纹和透光条纹均与分划板上端面的外轮廓线相交并 形成界限清晰且规律断续的外轮廓线边缘；所述反光镀膜间隔条纹是上端面呈 镜面的反光金属镀膜，其反光表面向上；而反光镀膜间隔条纹的下表面并不反 光；

步骤二：微调显微镜的焦距，并使视野中的DMD光条图案整体清晰可见， 固定显微镜的位置并保持其焦距不变；

步骤三：将分划板置于投影镜头与显微镜之间，并将反光镀膜间隔条纹的 上端面朝向投影镜头所在的方向，然后用显微镜从分划板的下端面同时观察分 划板的下端面以及DMD光条图案，并调节分划板在光轴上的位置及其端面的方 位倾角；

反光镀膜间隔条纹会直接对DMD光条图案形成部分遮挡，并在DMD光条 图案中原本白色的明亮光带上形成间隔的黑色线段阴影阵列，但另一部分DMD 光条光线则直接穿过透光条纹入射到显微镜中，并形成间隔的明亮线段的阵列；

用显微镜观察前述线段阴影阵列，并沿投影镜头的光轴方向调整分划板的 位置，当所述线段阴影阵列均清晰可辨时，固定分划板在投影镜头的光轴方向 上的相对位置；

步骤四：继续用显微镜观察规律断续的外轮廓线边缘，并调整分划板的倾 角姿态，当所述外轮廓线边缘整体清晰时，停止调整分划板的倾角姿态；至此， 已完成了用步骤一所述的新型分划板确定投影镜头焦平面位置的调焦过程；

步骤五：保持分划板的位置不变，并以分划板为拍摄对象，使CCD调焦相 机对焦并观察其成像影像，当DMD光条图案以及分划板外轮廓线边缘均整体清 晰时，保持CCD倾角姿态不变，即完成了CCD调焦相机的倾角姿态调整过程；

步骤六：进一步对步骤五所述CCD调焦相机进行对焦，当CCD调焦相机 所成像的反光镀膜间隔条纹和透光条纹均清晰时，即完成了用步骤一所述的新 型分划板确定CCD调焦相机倾角和焦平面位置的调焦过程。

本发明的有益效果是：本发明校准投影镜头焦面和相机焦面位置的新方法 设计了一种新型的辅助对焦分划板，借助该新型分划板规律断续的外轮廓线边 缘，可以在校准过程中快速判断分划板的端面倾角姿态是否与光轴垂直；利用 反光镀膜间隔条纹可以判断分划板沿光轴方向的距离位置是否适中。分划板上 其余未被反光镀膜间隔条纹覆盖的透光条纹区域用于透过DMD的光条图案，可 以方便相机或显微镜对焦；反光镀膜间隔条纹和规律断续的外轮廓线边缘相结 合，还兼具向CCD调焦相机反射DMD的光条图案和辅助CCD调焦相机倾角 姿态校准的作用。该方法在校准投影镜头焦面和相机焦面的同时还分别校准了 其二者的倾角姿态，并且其同时观察整个DMD光条图案的方式也比旧有仅观察 一半DMD光条图案的方式更为科学和精确。

此外本方法还能有效克服旧有校准DMD光刻系统中焦平面辅助投影物面 容易存在与光路不垂直的离轴偏差或发生沿光轴的轴向位置定位偏差，并且无 法校准CCD相机倾角姿态的固有问题。

附图说明

图1是现有DMD数字无掩模光刻系统中投影镜头的焦面与CCD相机焦面 的重合校准方法示意图；

图2是现有玻璃平板的结构示意图；

图3是由DMD空间光调制器所产生明暗相间的DMD光条图案示意图；

图4是现有利用显微镜和玻璃平板的下端面共同确定投影镜头焦平面位置 的应用示意图；

图5是现有利用玻璃平板的上端面确定CCD调焦相机焦平面位置的应用示 意图；

图6是本发明用于校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的新 型分划板辅助装置的结构示意图；

图7是本发明校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的新方法 的应用示意图；

图8是用显微镜观察本发明的新型分划板DMD光条图案时的应用示意图；

图9是用CCD相机观察本发明的新型分划板及反射的DMD光条图案时的 应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图6至图9所示，本发明校准DMD光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面 位置的新方法包括如下步骤：

步骤一：制作一种新型的分划板作为对焦辅助装置，该分划板8直接采用 玻璃或有机玻璃薄板，将其上端面沿直径对称分为区域A和区域B两半，并分 别在区域A和区域B上镀上反光镀膜间隔条纹8-2，所述反光镀膜间隔条纹8-2 彼此平行且宽度均相同，它们的条纹间距也均相等；反光镀膜间隔条纹8-2的间 隙部分形成透光条纹8-1；反光镀膜间隔条纹8-2和透光条纹8-1均与分划板8 上端面的外轮廓线相交并形成界限清晰且规律断续的外轮廓线边缘8-3；所述反 光镀膜间隔条纹8-2是上端面呈镜面的反光金属镀膜，其反光表面向上；而反光 镀膜间隔条纹8-2的下表面并不反光。

步骤二：微调显微镜7的焦距，并使视野中的DMD光条图案整体清晰可见， 此时说明显微镜7的焦平面已经与投影镜头4的焦平面重合，固定显微镜7的 位置并保持其焦距不变。

步骤三：如图7所示，将分划板8置于投影镜头4与显微镜7之间，并将 反光镀膜间隔条纹8-2的上端面朝向投影镜头4所在的方向，然后用显微镜7 从分划板8的下端面同时观察分划板8的下端面以及DMD光条图案，并调节分 划板8在光轴上的位置及其端面的方位倾角。

如图8所示，此时，反光镀膜间隔条纹8-2会直接对DMD光条图案形成部 分遮挡，并在DMD光条图案中原本白色的明亮光带上形成间隔的黑色线段阴影 阵列，但另一部分DMD光条光线则直接穿过透光条纹8-1入射到显微镜7中， 并形成间隔的明亮线段的阵列。

用显微镜7观察前述线段阴影阵列，并沿投影镜头4的光轴方向调整分划 板8的位置，当所述线段阴影阵列均清晰可辨时，说明分划板8已同时与显微 镜7的焦平面和投影镜头4的焦平面重合，固定分划板8在投影镜头4的光轴 方向上的相对位置。

步骤四：继续用显微镜7观察规律断续的外轮廓线边缘8-3，并调整分划板 8的倾角姿态，当所述外轮廓线边缘8-3整体清晰时，说明此时分划板8的端面 也已与投影镜头4的光轴垂直；停止调整分划板8的倾角姿态；当从显微镜7 中能清晰地观察到如图8所示的DMD光条图案时，说明显微镜7的焦平面已与 投影镜头4的焦平面重合；至此，已完成了用步骤一所述的新型分划板8确定 投影镜头4焦平面位置的调焦过程。

步骤五：接下来，保持分划板8的位置不变，并通过CCD调焦相机6对由 反光镀膜间隔条纹8-2所反射的DMD光条图案进行观察；此时，从CCD调焦 相机6中所观察到的分划板8的影像如图9所示。

由于透光条纹8-1的上端面没有反射光，因此只能透过其条纹看到深色背 景。同时，反光镀膜间隔条纹8-2中被DMD光条图案中无光的暗条纹所投影的 部分也无法形成反光，其形成颜色更加幽深的阴影线段阵列。另一方面，仅在 DMD光条图案中白色光带照射到的反光镀膜间隔条纹8-2才会对DMD光条图 案有较强的反射作用，并形成平行的白色反光线段阵列。分划板8上端面的其 它区域光线较暗，但其反光镀膜间隔条纹8-2和透光条纹8-1均清晰可见。

以分划板8为拍摄对象，使CCD调焦相机6对焦并观察其成像影像，当 DMD光条图案以及分划板8外轮廓线边缘8-3均整体清晰时，说明此时CCD 调焦相机6的光轴已经与半反半透棱镜3的光轴重合。保持CCD倾角姿态不变， 即完成了CCD调焦相机6的倾角姿态调整过程。

步骤六：进一步对步骤五所述CCD调焦相机6进行对焦，当CCD调焦相 机6所成像的反光镀膜间隔条纹8-2和透光条纹8-1均清晰时，说明CCD调焦 相机6已对分划板8的上端面完成对焦。至此，即完成了用步骤一所述的新型 分划板8确定CCD调焦相机6倾角和焦平面位置的调焦过程。