基于LED的光栅光调制器照明系统的优化设计与实现

设计了一种基于LED照明的光栅光调制器(GLM)照明系统,以自由曲面TIR透镜、光棒、聚光透镜组为主要光学元件来提高LED光能利用率,并实现光场均匀化。通过仿真得出,照明系统的光能利用率为78.7%,光照均匀性为85%,实验与设计结果基本一致。这表明,优化后的光栅光调制器的照明系统,解决了基于LED的照明系统光照不均匀和光能利用率低的问题。     

用于室内照明的自由曲面均匀配光透镜设计

以非成像光学为基础,设计了一种在大发散角范围内均匀配光的大功率LED室内照明二次配光透镜方案。采用划分网格法建立光源LED和接收面的映射关系,推导透镜自由曲面面形的一般方程,采用差分法求解透镜面形方程获得面形轮廓数据,再用三维软件建立透镜模型,通过光学仿真软件对所建模型进行光线追迹。结果表明:此方案适用于40°～140°配光角度要求的均匀配光;仿真配光角度120°的照明系统,当透镜的口径与LED发光面直径之比大于等于10时,照明系统的均匀性优于0.9,能量利用率大于92%,且照明效果不受接收面高度的影响。该设计方法为实现大功率LED室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径。     

用于LED 平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现

设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出光面板的距离为5 mm、自由曲面透镜旋转为0、LED与自由曲面透镜的距离为7 mm时,LED平板灯出光效率较高且整灯均匀性达96.6%。实验结果表明,所设计的自由曲面透镜可使无导光板结构的LED平板灯的面板均匀性达95.74%,与数字仿真近似相等。     

非球面技术在浸没式光刻照明系统中的应用

NA1.35浸没式光刻照明系统是超大规模集成电路的核心设备,为了实现从ArF激光器发出的光束经过一系列模块传输后到达掩模面的能量满足光刻曝光系统的要求,需要在系统中引入非球面透镜,以减少镜片数量,提高能量利用率。为解决现在非球面透镜具有的加工难度和控制精度不足的缺陷,设计出一种优化控制保证非球面加工和检测的方法。在光学系统设计中优化非球面的形状,保证非球面度,满足非球面变化率在可加工和检测的范围内,并控制非球面拐点的产生。照明系统中镜片数量最多的模块是耦合镜组,通过非球面的优化,镜片数量从12片减少到9片,系统能量利用率提高近25%。此外,提高了系统像质NA一致性,像方远心度,弥散斑直径和畸变,满足了曝光光学系统对掩模面的能量要求,故该非球面控制技术具有良好的可加工性和可检测性。     

复眼透镜在激光二极管阵列光束整形中的应用

在回顾复眼透镜对单光束光源的均匀化机制基础上,分析了复眼透镜对激光二极管(LD)阵列光源的光束均匀化机制。即对子光束分割叠加破坏相似性,对所有分割叠加后的子光斑进行叠加获得均匀性。在此基础上,以抽运薄片或者板条激光器需要高功率密度的均匀抽运光为需求,设计了基于复眼透镜的LD阵列光束整形系统,并给出了其中复眼透镜和积分透镜这两个关键部件的结构形式和相关参数。最后根据所设计的复眼透镜LD光束整形系统搭建了相应的实验光路并测试了整形后光斑不均匀性,测试表明不均匀性为9.8%,验证了对复眼透镜LD阵列光束整形的分析。     

365 nm光刻照明系统中变焦系统的设计及公差分析

照明系统是投影光刻曝光光学系统的重要组成部分,它实现的功能是为掩模面提供高均匀性照明、控制曝光剂量以及不同照明模式。变焦系统作为光刻照明系统的重要组成部分,对提高整个光刻机的性能起着至关重要的作用。文中针对紫外光刻照明系统的特点,采用CODE V软件完成了波长365 nm,入瞳直径Φ33 mm,像方远心度≤10 mrad,畸变≤±2%近紫外光刻照明系统中变焦系统的设计,分析了变焦系统的误差源对系统光瞳性能的影响,结合变焦系统的设计方案和实际加工能力,给出单面厚度公差需小于20 μm,动件移动精度小于0.5 nm,各透镜偏心公差小于0.02 mm,各透镜倾斜公差控制在1′之内。制定公差合理、可行,满足了紫外光刻照明系统高均匀性、高能量利用率的要求。     

光刻照明系统中新型均匀性补偿器的设计

在超大规模集成电路中,为了满足波长193 nm数值孔径为1.35的45 nm节点紫外光刻曝光光学系统对高分辨率的要求,设计了一种新型的均匀性补偿器件,用于提高照明系统的出射光均匀性从而实现光刻线条的高度均一性。该照明均匀性补偿器的主要功能是实现对照明视场的能量分布进行微调,从而减小系统的残余不均匀性,保证系统在掩膜面及硅片面上的能量分布均匀性达到更高指标的要求。此外,使用CODE V软件对该照明系统的均匀性进行仿真分析,研究发现采用新型均匀性补偿器可以在传统照明和离轴照明模式下同时的光刻照明系统对掩膜面的非均匀性均低于0.5%。与传统匀光单元相比,该新型均匀性补偿器在不增加光刻照明系统机械设计和控制难度的基础上可明显提高光刻照明系统的均匀性,故该器件具有更好的应用价值和实用意义。     

自由曲面透镜白光LED光束整形技术

为了获得高均匀性、对称性及一些特殊形状强度分布的白光发光二极管(LED)光束以满足某些特定的需求,基于白光LED光源为朗伯光源的特性,运用自由曲面透镜的方法对LED光束进行了光束整形,分别采用单一自由曲面透镜以及全内反射(TIR)透镜与微透镜阵列组合两种不同的整形结构,进行了加工工艺和原理理论分析,并通过了实验验证.结...     

干涉光束提高光刻分辨率

光刻的不断改善已使大量制造特征尺寸小至 0 .1 8μm的半导体芯片成为可能。由于对空前计算能力的需求 ,迫切需要开发使光刻推广到更小线宽的技术。光学材料和透镜设计的限制要求这种最新技术具有使分辨率超过采用铬玻璃掩模和轴上照明的标准光刻系统的诀窍。诀窍的若干内容是相移掩模、各种类别的离轴照明和光学贴近校正。现在一种新增诀窍称为成像干涉光刻 ( ILL)术。图 1　成像干涉光刻光学系统的入瞳光阑含有通过x和 y零级光束的两个针孔 ,模拟正交零级光束的挪开和重新组合由新墨西哥大学 S.Brueck和他的研究组发展的成像干涉光刻术…     

投影电视的均匀照明系统设计

分析和设计了用于提高大屏幕投影电视光学性能的均匀照明系统：透镜阵列和积分方棒。基于弧长为1．2mm的超高压水银灯(UHP)．建立嵌套圆筒的体光源模型．给出了两个照明系统的设计方法和用于2．3cm空间光调制器照明系统的设计参数。仿真结果表明,透镜阵列系统实现了均匀性( 4．55％,-5．54％),光能利用率为81％的照明输出;积分方棒系统实现了均匀性( 4．37％,-4．58％),光能利用率为79％的远心照明输出。均能满足投影电视对照明系统的指标要求。     

A laser beam shaper for homogeneous rectangular illumination based on freeform micro lens array

An effective design method of freeform micro lens array is presented for shaping varied laser beams into prescribed rectangular illumination. The variable separation mapping is applied to design concave freeform surfaces for constructing a freeform lens array. Several dedicated examples show that the designed freeform optical lens array can achieve a prescribed rectangular illumination pattern, especially without considering the initial states of incident laser beams. Both high collection efficiency and good spatial uniformity can be available simultaneously. Tolerance analysis is also performed to demonstrate that this optical device can well avoid fabricating difficulty in actual applications.     

Freeform optical element for uniform illumination

The energy from a source was rearranged through reflection or refraction by a freeform optical element in order to get the desired uniform illumination.The numerical results of first-order partial differential equation sets had been investigated to obtain the freeform optical element, and the equations could be used to get the characteristics of the light source and the desired illumination. For example, a light emitting diode (LED) with a Lambertian light emitting surface of 1 mm × 1 mm was applied as the light source. Two kinds of freeform reflectors and one freeform lens were designed for different illuminations, and the simulated uniformity was near to 90%. Considering the size of these freeform optical elements, the illumination system can be very compact and efficient if the freeform optical element is applied in the illumination system of projectors with LED as source.     

高分辨率投影光刻机光瞳整形技术

在高分辨光学光刻技术中,光瞳整形技术针对不同的掩模图形产生特定的光瞳光强分布模式,从而实现分辨力增强,获得更好的成像性能。概述了高分辨率投影光刻机照明系统中基于衍射光学元件(DOE)、微透镜阵列(MLA)和微反射镜阵列(MMA)的3种光瞳整形技术,并对这些技术的工作原理、设计制作方法和性能特点进行了归纳与总结。     

高数值孔径自由曲面极紫外光刻物镜光学设计

高分辨率需求牵引极紫外光刻（EUVL）投影物镜向高数值孔径（NA）、自由曲面设计形式发展。传统的非球面EUVL物镜设计难以在高数值孔径下兼顾校正像差的需求,往往造成遮拦,破坏成像对比度。提出了一种高NA无遮拦自由曲面EUVL物镜设计方法。依据物镜形态参数判别引入自由曲面的最佳位置,能够有效校正系统像差,在不影响成像性能的情况下增大系统NA。应用该方法设计了一套高NA自由曲面EUVL投影物镜（PO）。与初始非球面物镜相比,通过增加四面自由曲面,将物镜数值孔径从0.3增大至0.35,波像差均方根（RMS）值从1 nm减小至0.4 nm,整个系统光路无遮拦。设计结果表明:该方法有效提高了自由曲面EUVL物镜设计效率,在不产生遮拦的情况下,不但增大了系统NA且减小了系统波像差,提高了物镜整体性能。     

用于LED均匀照明的自由曲面菲涅耳TIR透镜光学设计

为了提高透镜的散热能力,设计了一种新型全内反射（TIR）透镜,该透镜的出射面中央为自由曲面菲涅耳面。采用斯涅尔定律和全反射定律分别求解TIR透镜折射部分和反射部分自由曲面的面形。同时,采用一种菲涅耳透镜的普适设计方法将折射部分自由曲面转变成菲涅耳面。通过蒙特卡洛光线追迹模拟自由曲面菲涅耳TIR透镜的照明效果,结果显示:当光源尺寸为2 mm×2 mm时,其远场照度均匀性为82%,光效为96.6%,透镜质量为21.94 g。与未加菲涅耳面的TIR透镜相比,带自由曲面菲涅耳面的TIR透镜在光效仅下降2%,在照度均匀性未变的情况下,透镜质量减少了约20%。这说明对TIR透镜的自由曲面出射面进行菲涅耳化可明显地缩小透镜的体积和质量,缩短光线在透镜内部的光程,因此可有效提高透镜的散热效率和使用寿命,同时保持良好的照明效果。     

自由曲面在制冷型离轴三反光学系统的应用

研究了制冷型红外离轴三反光学系统成像原理和优化设计方法。给出了一个应用自由曲面的制冷型离轴三反射镜光学系统的设计。系统采用两个自由曲面反射镜和一个偶次非球面反射镜组成二次成像的结构形式,将制冷型红外探测器的冷光阑作为系统的孔径光阑,得到100%的冷光阑效率。第二和第三反射镜将孔径光阑成像在第一反射镜的位置,显著减小第一反射镜的口径。通过调整每个反射镜的偏心与倾斜,实现系统的无遮拦,使用自由曲面增大视场、校正像差、保证系统的成像质量。该系统的工作波段为3~5 m,焦距为450 mm,F数为2,视场为3.6622.931,各视场的调制传递函数在环境温度为-40~60℃的范围内均高于0.5,实现系统的无热化,并且结构紧凑。     

基于 DMD 的步进式无掩模数字曝光方法及装置

随着器件特征尺寸的继续缩小,所需掩模的成本呈直线上升态势,为降低掩模成本,无掩模光刻技术成为人们研究的热点。介绍了一种基于DMD的步进式无掩模数字曝光方法,并对用于实现该曝光方法装置的设计方案和具体实现进行了论述与分析。最后利用厚的光刻胶进行曝光工艺实验,实验结果表明,本装置可以实现亚微米级线条的刻蚀,较高的侧壁陡度,线条拼接结果良好,可以实现大面积数字式曝光。     

Analysis of the line pattern width and exposure efficiency in maskless lithography using a digital micromirror device

In this study, we calculate the exposure intensity of line/space patterns recorded with a DMD (digital micromirror device) digital maskless lithography system using the point array method. With a diffracted beam spot with a radius of 4 μm, we simulate the line space patterns over a spot overlap section ranging from 85% to 95%. From the results of the simulation, we analyze the relationships among the exposure intensity, the width of the line pattern, and the exposure efficiency, which are process parameters used in maskless lithography. From a numerical analysis of the relationship between the line pattern width and the exposure efficiency, it is estimated that the practical acceptable minimum width of the line pattern recorded with a maskless lithography system using a 4-μm radius diffracted beam spot array is approximately 4.5 μm, which is 11% larger than the spot radius with the exposure efficiency of 73%.     

一种LED路灯透镜的二次光学设计与研究

LED的二次光学元件设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。文章针对大功率LED在路灯上的应用,基于选定的LED进行了一种用于LED路灯的自由曲面二次光学透镜的设计,并采用光学软件进行仿真。结果表明,采用非对称自由曲面二次光学元件可以实现LED路灯的矩形配光,采用这种LED模组组成的路灯便于结构设计、电源安装,不同功率的LED路灯只需要增加不同数量的LED模组即可。此种设计可以在很大程度上提高LED路灯的效率,提高路面照明的均匀度。