基于微反射鏡的激光直寫系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)以及光通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，器件的微型化、輕量化、集成化的迫切需求極大地推動了微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展。由微電子、微機(jī)械為基礎(chǔ)的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS, Micro-electromechanical System）與微光學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生了一種新型的微光學(xué)技術(shù)系統(tǒng)——微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS,Micro-optoelectromechanical System)。由于該系統(tǒng)具有集成度高，成本低和性能優(yōu)的特點(diǎn)，在信息、軍事、航天、醫(yī)學(xué)、

2、工業(yè)等諸多高科技領(lǐng)域呈現(xiàn)出十分廣闊的應(yīng)用前景，并具有極大競爭力[1]。目前在世界范圍內(nèi)所研制的微光機(jī)電系統(tǒng)主要包括空間光調(diào)制器、光盤讀取頭、微光開關(guān)、光衰減器、光掃描器以及光譜儀等。其中，數(shù)字微鏡光調(diào)制器(DMD,Digital Micromirror Device)作為空間光調(diào)制器的一種，在投影領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于DMD具有分辨率高，響應(yīng)速度快和光能利用率高等特點(diǎn)，可被應(yīng)用于激光光刻系統(tǒng)。本論文所講述的采用DLP技術(shù)的光刻系統(tǒng)的特點(diǎn)

3、包括：像素分辨率高和光刻效率高。如果要光刻面積為500×500的圖像，若采用速度1000點(diǎn)/秒逐點(diǎn)光刻方式，需要4分鐘時(shí)間。若采用速度100點(diǎn)/秒逐點(diǎn)光刻方式，需要42分鐘時(shí)間。一般光刻設(shè)備的光刻速度都在30點(diǎn)/秒以下，采用這樣的光刻方式，完成一個(gè)幅面相同的圖案則需2個(gè)多小時(shí)。而DMD面陣光刻的時(shí)間主要由圖像顏色數(shù)決定，256色的圖像最多也就是光刻256層，以曝光每層3秒鐘計(jì)算幾分鐘即可完成光刻工作。本系統(tǒng)適合于高精細(xì)、小面積的圖像光刻

4、。
　　本論文以基于微反射鏡器件的光刻系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景，著重分析和研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其基本特點(diǎn)。該系統(tǒng)作為一種無掩膜光刻技術(shù)將在高分辨率數(shù)碼全息動感圖像制作、微縮字光刻等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，對DMD器件的驅(qū)動控制技術(shù)和軟件顯示技術(shù)的研究有助于更高效地發(fā)揮DMD器件在系統(tǒng)中的核心作用，并對該系統(tǒng)日后的改進(jìn)有著非常重要的意義。同時(shí)這些關(guān)鍵技術(shù)的研究也是本系統(tǒng)研制搭建過程中必須要解決的技術(shù)問題。文中，分別對DMD數(shù)字微鏡驅(qū)動控制

5、技術(shù)，軟件的圖像處理及顯示控制技術(shù)，激光光束均勻化技術(shù)的發(fā)展歷程和技術(shù)原理進(jìn)行分析。隨之對DMD數(shù)字微鏡驅(qū)動控制技術(shù)，軟件的圖像處理及顯示控制技術(shù)，光束均勻化技術(shù)各項(xiàng)技術(shù)提出設(shè)計(jì)要求、實(shí)施過程及設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行闡述。論文也對DLP控制電路、菲涅爾透鏡激光均化技術(shù)及控制軟件的解決方案進(jìn)行比較選擇和具體應(yīng)用實(shí)際運(yùn)行結(jié)果。論文最后還進(jìn)一步闡述了本系統(tǒng)的各主要部件的功能并顯示本光刻系統(tǒng)主要應(yīng)用的結(jié)果。通過對DMD器件的分析研究，設(shè)計(jì)出合理可行的數(shù)字

6、電路及接口電路以實(shí)現(xiàn)了對 DMD微反射鏡器件復(fù)位及翻轉(zhuǎn)的時(shí)序控制功能。根據(jù)光刻要求曝光時(shí)間等參數(shù)編寫光刻控制軟件完成軟件控制系統(tǒng)各部分硬件達(dá)到光刻功能。在研究菲涅爾透鏡的發(fā)展歷程和光學(xué)特點(diǎn)后，對均化方案進(jìn)行比較，最終采取菲涅爾透鏡的均化方案，并選擇適當(dāng)參數(shù)。并對激光均化后的投影光束進(jìn)行小孔測試和狹縫測試以驗(yàn)證本系統(tǒng)中均化技術(shù)模塊設(shè)計(jì)的有效性。通過分析、研究、解決如上本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，可使光刻系統(tǒng)正常運(yùn)行。最后試刻微縮字，實(shí)測字高僅為86

7、微米。這也進(jìn)一步證實(shí)了系統(tǒng)的精密性，可行性和有效性。
　　論文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)外本領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合單位承擔(dān)科研課題的研究內(nèi)容，結(jié)合本專業(yè)的研究方向，通過對微光刻系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析研究總結(jié)出主要待解決的關(guān)鍵問題：激光擴(kuò)束整形后的均化設(shè)計(jì)技術(shù)；數(shù)字光處理（DLP，Digital Light Procession）芯片驅(qū)動控制技術(shù)及上位控制軟件設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行整個(gè)光刻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)成功調(diào)試并顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。DLP驅(qū)動控制電路的

8、研究設(shè)計(jì)工作為即將開展的DLP激光微型顯示項(xiàng)目提供了有相當(dāng)價(jià)值的技術(shù)資料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是本企業(yè)基于DLP技術(shù)的各項(xiàng)目申報(bào)和研究的基礎(chǔ)和拓展點(diǎn)。激光均化技術(shù)是本企業(yè)首次嘗試將均化技術(shù)應(yīng)用到微縮字符光刻中，并取得很好的效果。這對日后即將申報(bào)的數(shù)碼全息防偽技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目作了很好的技術(shù)鋪墊。光刻控制軟件是由于本項(xiàng)目的特殊需要而編制，由于是自主開發(fā)，在日后的各項(xiàng)光刻及激光顯示的項(xiàng)目中均可通過簡單修改編譯而被應(yīng)用。本論文研究設(shè)計(jì)工作不僅對研究者個(gè)人