光刻机
光刻机原理图
近日，由中国科学院光电技术研究所与南昌航空大学研制的“步进投影数字光刻机”，顺利通过中国科学院成都分院主持的科技成果鉴定。专家们对项目的研发成果和完成情况给予了充分的肯定及高度评价，一致认为，该项目采用数字微镜阵列（DMD）技术，实现了图形与灰度等级均可实时编辑的数字掩模，研制成功了首台实用的微米级步进缩小投影无掩模版数字化光刻设备。设备功能完整，工艺兼容性强，总体集成技术具有创新性，达到国际先进水平，并具有广泛的应用前景。
随着微电子工业的迅速发展，数字光刻技术和装备的研发已成为当今世界各国工业界高度关注的焦点。因此，探索廉价、高灵活性、低成本的新的微细加工光刻途径，已成为信息技术领域一项紧迫的技术经济课题。中科院光电所与南昌航空大学组成的项目组审时度势，创新研发的步进投影无掩模版数字化光刻机，基于DMD（Digital Micromirror Device）的数字微镜阵列技术，形成数码掩模，并通过自动调焦、步进位移、投影成像、自动无缝拼接，实现了无掩模版数字化光刻加工新方法，解决了目前我国经济社会的实际需求。该设备不仅具有当今电子束直写和激光光学直写式的“无掩模”特征，同时具备光学光刻、步进投影曝光、无掩模版成像，可进行数码掩模编辑和对调焦标记、对准标记、图形灰度的编辑，功能完整，从而大大提高设备的生产效率，降低研发成本和加工工艺成本，使用更加灵活方便；尤其是采用“投影成像”，有效消除了接近接触式光刻可能对基片和掩模带来损伤的不足，显现了数字光刻技术的灵活性。
该设备主要由曝光光源、准直镜、光束均匀器、数字微镜阵列（数字掩模）、缩小投影物镜、检焦系统、工件台及控制系统集成。其工作原理如图所示。
曝光光源发出的光束经准直镜、光束能量积分均匀器后入射到数字微镜DMD空间光调制器上（DMD是一个阵列，由m×n个可偏转微平面镜组成，各微镜是否偏转受图形发生器传过来的信号控制，不偏转的微镜组合实现所需的掩模图形），各微镜受图形发生器信号控制，形成需要曝光的图形。经DMD反射的光线，通过缩小投影系统成像在焦平面上。为获得大曝光面积的图形，采用精密工件台步进运动对DMD在焦平面上的成像进行图形拼接，从而在光刻胶表面最终形成所需的图形。由此有效解决了掩模制造、小批量生产以及微纳结构加工，微光学元件领域中出现的成本、效率、安全性及曝光剂量的连续调制等问题。同时该设备可根据需要采用紫外光、深紫外光，甚至更短波长的极紫外光作为光源，从而具有很强的技术延伸性和工艺兼容性，是从事微纳器件新技术加工的一种高端技术设备，更易在光刻实践中推广，有着非常好的应用前景。
项目组通过本项目的研究，着力在数字掩模光刻、分辨力增强、均匀照明、工件台精密位移、对准、投影成像技术等关键单元技术上取得突破，并通过总体集成技术创新，拓展产品性能，形成具有自主知识产权的科技成果。在成果鉴定会上，专家们对该成果在关键技术上取得的创新给予了高度赞赏，尤其在下列的关键技术上取得的创新与突破给予了充分的肯定。
1、采用反射式投影技术，实现DMD对图像灰度、曝光剂量的实时编辑；
2、采用积木错位蝇眼透镜平滑衍射技术，实现平行均匀照明，不均匀性达到0.5%；
3、采用高精度投影物镜，实现投影式无掩模版光刻，其分辨力达1μm；
4、采用计算机分级控制和光栅精密测量技术，实现工件台精密定位，误差小于0.6μm；
5、采用可编辑对准标记和CCD同轴对准技术，对准误差小于0.35μm。
该设备的成功研制，实现了从传统的直写式或掩模复制光刻方法向数字信息化光刻的跃进。为开展微纳器件等微纳加工特殊复合加工技术研究创造了坚实的条件支撑，对促进我国信息技术领域的技术进步有着显著的现实意义。