PCB数字光刻投影光学设计及其扫描与控制技术研究

摘要

随着个人电子设备朝多功能、微型化、轻薄化、系统高度集成化方向发展，高端个人电子产品，例如下一代智能手机、iPad、iPhone、数码相机等，其制造商需要生产出功能强大、但更节能的产品。然而面向下一代高端个人电子产品的制造，最重要的技术当属印刷电路板(PCB)的光刻。传统PCB光刻采用的是汞灯接近式的曝光技术，成本高、其光刻精度低，对环境污染大。而数字光刻无论从成本，精度，亦或是生产效率和对环境的影响，都有着传统PCB光刻无法比拟的优势。因此针对PCB制造进行数字光刻相关技术研究具有非常重要的意义。
　　基于初级像差理论本文设计了一组适合0.7XGA DMD的光刻投影物镜，该投影物镜组具有双高斯对称结构。此结构是最容易消除五种初级像差的初始结构。由于只是满足微米级PCB光刻的需要，该投影物镜组放大率为-1，且不用非球面镜即能让物镜达到13.68μm的精度。它总共由8片镜片组成，前4片与后4片关于中心光阑对称，因此在加工时只需加工4个透镜的模具，这样既可以降低成本，又有利于光刻系统中透镜的装配。
　　基于DMD的工作方式进行了数字光刻扫描技术研究，提出倾斜扫描的技术，它的优势是消除了DMD的栅格效应，提高了成像质量。结合所设计投影物镜组它既能实现整数倍像素以外的线宽，又能提高图像的分辨率。在DMD倾斜扫描模式下进行了光刻实验，取得了良好的实验结果，实现了非整数线宽，和其他方法用于该精度的曝光情形相比，像面照度均匀，线条清晰，边缘陡峭且线性度好，因而能很好地满足光刻的需要。
　　数字无掩模光刻掩模图形的生成在实际应用中较为复杂，例如如何识别线矢量图形，将线矢量图形转换为适合每一个微镜的格栅图形，发送这些格栅图形到DMD控制器，便于微镜反射开/关的执行等，因此我们进行了数字光刻动态图形控制技术研究。提出一种基于区域的数字光刻掩模图形生成方法，介绍了该方法的设计思想和设计流程，并对该动态图形控制技术进行了比较分析，讨论了该技术的可行性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．2 PCB光刻技术简介

1．2．1 掩模光刻技术

1．2．2 无掩模光刻技术

1．3 PCB光刻的发展现状与趋势

1．4 本论文研究的内容

第二章 数字光刻关键技术单元及分系统特性

2．1 数字微反射镜DMD

2．1．1 DMD简介

2．1．2 DMD的灰度成像原理

2．2 光源照明系统

2．3 数字光刻投影物镜

2．4 数字光刻控制系统

2．5 本章小结

第三章 PCB数字光刻投影系统光学设计

3．1 前言

3．2 像差理论研究

3．2．1 六种基本像差

3．2．2 校正基本像差的方法

3．3 像质评价和公差研究

3．3．1 像质评价方式

3．3．2 光学系统的像差公差

3．4 设计步骤

3．5 数字光刻1∶1投影物镜设计要点

3．5．1 结构设计

3．5．2 光学模拟设计

3．6 像质评价

3．6．1 波像差图

3．6．2 点列图

3．6．3 光学调制传递函数

3．6．4 场区和畸变

3．7 设计结论

3．8 本章小结

第四章 PCB数字光刻倾斜扫描技术研究

4．1 前言

4．2 实验背景

4．3 DMD倾斜扫描工作原理

4．4 实验步骤

4．5 实验结果及分析

4．6 本章小结

第五章 基于DMD光刻扫描的动态图形控制技术的研究

5．1 前言

5．2 研究背景

5．3 设计思想

5．4 设计过程

5．5 分析比较

5．6 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