数字光刻动态成像关键技术的研究

微光学元件是制作微光机电系统和集成化阵列化器件的关键器件，在空间技术、生物医学、光纤通信及物联网等领域具有重要的科学意义和使用价值，其制作技术是当前国际的前沿挑战课题，亦是长期制约国家重大信息技术发展的瓶颈。本项目瞄准微光学元件数字光刻动态成像中的难题开展研究，围绕数字光刻连续浮雕结构的精确控制机理和数字光刻动态成像规律等核心问题，力图构建数字光刻系统的动态成像模型，揭示成像模型与空间光调制器光强调制特性及感光材料光谱响应之间的映射关系，探索等效灰阶扩展实时精确控制浮雕深度的新方法，采用现代信息时域和空域变换方法，融合应用数字化实时、移动、旋转、分形及编码等系列新技术，探索在线实时完成图形的切换、平移、旋转和叠加的动态成像规律。研究成果对提高微光学元件的制作质量、灵活性和效率，促进微光机电器件及集成系统批量化加工具有重要意义。

本项目为应用基础研究，研究工作隶属于微光学领域。随着微光学元件在高科技工业领域体现出越来越重要的科学意义和实用价值，其制作技术也成为了制约国家重大信息技术发展的瓶颈，本项目在此背景下应运而生。研究工作围绕着连续浮雕的精确控制机理和数字动态成像规律这两个核心问题展开。分别构建了两组非线性映射关系用以获得精确控制的微浮雕结构，一是数字灰阶与光强调制之间的函数关系；二是曝光剂量分布与光致抗蚀剂浮雕深度之间的对数关系。针对如何精确地用多台阶去逼近连续表面轮廓这个数字灰阶掩模技术中的关键问题，提出了数字渐变灰阶掩模技术，通过实时综合控制数字灰阶和曝光时间，精确控制浮雕轮廓深度。提出了多向数字移动掩模方法，通过精确控制多个方向掩模移动获得的叠加曝光量来实现连续表面轮廓，这是传统机械移动掩模技术思想应用在数字动态光刻领域的尝试。提出了基于微切片投影的数字移动掩模和数字旋转掩模新方法，有效解决了非规则连续浮雕的制作难题，大大拓宽了数字移动和数字旋转掩模技术的应用。针对数字光刻系统中投影物镜低通特性导致的横向分辨率下降问题，提出了位编码分形新方法，改变参与成像的高低频能量分布，从而改善光刻图形的质量。提出了利用逆光刻方法设计数字微镜的灰阶来提高数字光刻成像质量的方法，并提出了关键像素和边界像素的概念，大大减少了优化变量，提高了优化速度。本项目的研究成果对推动微光学技术的发展具有重要意义。