数字光刻物镜设计与毛化微加工调Q改进技术研究

摘要

随着高清手机、超级电脑、多功能电视的普及，印刷电路板(PCB)、薄膜晶体管显示器(TFT-LCD)、氧化铟锡导电玻璃(ITO)的高精度光刻变得尤为关键，这使得与之相匹配的数字无掩膜光刻系统的研究和开发就变得十分重要。另外，随着食品包装产业、高档家电产业、高级汽车产业的兴盛，市场对于毛化过后表面性能优良的冷轧金属板材需求量与日俱增，为了获得性能更加优良的各类冷轧薄板，轧辊表面激光毛化系统的研究和升级改良成为目前企业亟需解决的问题。本文配合导师的国家自然基金项目和企业合作项目做了两方面的内容:前半部分从光刻的基础理论出发，分析了基于数字微反射镜器件(DMD)的无掩膜光刻系统的几个问题，设计了一套高分辨率的数字光刻用镜头;本文后半部分分析了传统声光调Q型YAG激光毛化系统的缺陷和不足，从双增益介质腔的稳定性出发，提出了新型机械调Q方法。
　　针对当今市场上光刻线宽在3μm的高精度电路板和显示器的要求，通过采用0.7XGA型DMD芯片作为空间光调制器(SLM)，设计了一套分辨率达到2μm的数字光刻投影物镜。通过利用光学设计软件ZEMAX对其进行建模、优化和质量评价，结果有效的减少了DMD栅格效应对空间数字掩模图形的影响，同时能够满足数字投影光刻系统的各项光学指标。本物镜从经典结构出发，提出采用一种新的非对称式结构，使用较少的透镜组成了一个具有较高分辨力、较大孔径的数字投影光刻镜头。本物镜系统在配合不同型号的DMD的基础上可以满足2μm以上的高精度数字光刻系统的各项要求，为高质量空间图像转移提供了一种高效可行的途径。
　　针对如今企业对于固态脉冲YAG激光毛化轧辊高效率、高均匀性、高粗糙度、高无序性的要求，提出了光路变换加机械斩波调Q的新型脉冲激光毛化系统。由于传统声光调Q器件的自身特性决定了其高增益工作时衍射能力有限;脉冲能量低;脉宽窄，激光脉冲峰值过高;使得声光调Q激光毛化在高效率、高粗糙度领域的冷轧带钢生产上遇到了困难。这样的背景下提出:首先在双增益介质腔正中间用透镜对腔内光束整形，再通过斩波盘斩波的调Q方法。这种机械斩波调Q方法可以工作在激光腔的高增益状态;提高了脉冲能量;加大了脉宽，降低了脉冲峰值;使得这种新型激光毛化系统的工作效率高、粗糙度范围广。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．2 掩膜及无掩膜光刻技术发展状况

1．3 毛化技术发展状况

1．4 本文研究的内容

第二章 DMD无掩膜数字光刻系统简介

2．1 光刻系统光源研究

2．1．1 紫外光源

2．1．2 光源均匀性、部分相干性

2．2 空间光调制器件DMD

2．2．1 DMD简介

2．2．2 黑栅效应

2．3 本章小结

第三章 分辨率为2μm的数字光刻投影物镜设计

3．1 前言

3．2 投影物镜结构选择方法及具体参数确定

3．3 初级像差理论及像质评价方法

3．4 优化

3．4．1 控制操作符选择

3．4．2 材料选择

3．5 结果分析

3．5．1 波像差

3．5．2 调制MTF

3．5．3 场曲和畸变

3．5．4 公差分析

3．6 本章小结

第四章 激光毛化系统简介

4．1 前言

4．2 固态脉冲YAG激光毛化系统

4．3 声光调Q技术

4．4 本章小结

第五章 用于毛化的YAG激光器调Q方式改进研究

5．1 前言

5．2 改进固态脉冲YAG激光研究

5．2．1 稳定性研究

5．2．2 机械调Q技术

5．3 机械调Q实验及毛化效果分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及申请的专利

声明

致谢