高精度微光学器件激光直写光刻系统研究

论文摘要

近年来，集微光学、微电子、微机械装置于一体的MEMS和MOEMS技术迅猛发展，推动了微细加工技术的不断改进和提高，其中激光直写光刻技术因其控制灵活，不需要掩模，加工周期短，加工精度高，受到越来越多的关注。本论文研制了一套高精度激光直写光刻系统，它采用带17位增量式编码器的松下MINAS A系列交流伺服马达，同时还采用基于高精密滚珠丝杆和超精密线性滑轨导向的X-Y运动平台，可以实现约30nm的运动控制灵敏度。论文针对该系统开发了一套基于ISA总线的三维运动控制卡，它采用8253计数器来控制马达运行速度和行程，同时采用8255接口芯片来控制马达运行方向，实现马达限位保护。进一步论文采用PCI9052芯片实现了三维运动控制卡从ISA总线到PCI总线的升级。软件方面，在Visual C++开发环境下开发了控制软件界面，实现了直线和曲线运动控制，进一步还采用WinDriver开发了PCI设备驱动程序以及相关应用程序。通过感光胶片和SU-8光刻胶的光刻实验，表明上述激光直写光刻系统完全能够满足光刻精度的要求，并且具有控制简单，行程轨迹精确、响应速度快、性能稳定等特点，适用于许多微光学器件加工领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微光机电系统的历史概况
• 1.2 微光机电系统的组成要素
• 1.3 微光机电技术（MOEMS）在光通信领域的典型应用
• 1.4 微光机电系统的制造工艺
• 1.4.1 掩模成像光刻制造技术
• 1.4.2 无掩模光刻技术
• 1.5 国内外激光直写系统发展现状
• 1.6 交流伺服系统概述
• 1.6.1 交流伺服系统的特点
• 1.6.2 交流伺服系统数字化控制的优点
• 1.6.3 全数字交流伺服系统的组成
• 1.7 论文的主要内容和章节安排
• 第二章 高精度激光直写光刻系统总体设计
• 2.1 高精度激光直写光刻系统的总体设计方案
• 2.2 松下 MINASA系列交流伺服系统
• 2.2.1 性能特点
• 2.2.2 工作原理
• 2.2.3 驱动信号连接和参数设置
• 第三章 激光直写光刻系统控制电路的硬件设计
• 3.1 控制电路功能要求
• 3.2 三维运动控制卡总体设计
• 3.3 单元电路模块设计
• 3.3.1 PC接口及地址译码模块的设计
• 3.3.2 时钟产生模块
• 3.3.3 方向信号产生模块
• 3.3.4 脉冲信号产生模块
• 3.3.5 保护电路
• 3.4 ISA总线到PCI总线转换电路设计
• 3.4.1 PCI总线概述
• 3.4.2 PCI局部总线的特点
• 3.4.3 PCI总线的体系结构
• 3.4.4 PCI局部总线的信号定义及其命令
• 3.4.5 PCI总线的配置空间
• 3.4.6 PCI接口芯片的选择
• 3.4.7 PCI总线接口设计
• 3.4.8 PCI9052的复位和 EEPROM的初始化
• 3.4.9 PCI9052配置寄存器的配置
• 3.4.10 局部总线 ISA接口模式数据传输操作
• 第四章 基于 ISA接口的控制电路和 PCI接口卡软件设计
• 4.1 基于 ISA接口的控制电路软件设计
• 4.2 PCI设备驱动程序和应用程序的开发
• 4.2.1 WDM设备驱动程序概述
• 4.2.2 WDM设备驱动程序开发工具 WinDriver功能简介
• 4.2.3 用户模式驱动程序的开发流程
• 4.2.4 应用程序的开发
• 第五章 系统实验调试
• 5.1 系统的硬件调试
• 5.2 激光直写系统光刻实验
• 5.2.1 感光胶片刻蚀实验
• 5.2.2 SU-8光刻胶光刻实验
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录 1:运动控制卡实物图
• 附录 2:激光直写光刻系统机械装置图
• 在校期间发表的论文
• 致谢