一种低精度光刻扫描器的研究

论文摘要

由于技术上的成熟以及广泛地应用,有掩模光刻技术一直都是占据着主导地位,而以电子束扫描刻蚀为代表的无掩模刻蚀技术只是应用在特殊的领域,比如高分辨率的少量的特殊器件、光刻掩模版的制造等。在某些领域,这种基于扫描刻蚀的方法就表现出了相对的优势,因为不用考虑商业制造领域所需要的重要因素,但目前这种无掩模刻蚀方法却并未得到很好地应用,所以本文的目的便是要开展这方面的初步研究和探索。本文首先对目前典型的光刻技术进行了介绍,分析了各种光刻技术的应用以及技术特点,并着重从有无掩模方面进行比较,说明了无掩模刻蚀技术所表现出的优势。电子束扫描刻蚀在无掩模刻蚀原理上有很多值得借鉴,所以对电子束刻蚀系统中采用的典型扫描方式进行了彻底的剖析,目的是为获得一个适合本课题的扫描方式。本课题是要尝试利用光学光斑扫描的方法来实现无掩模光学刻蚀,所以采用了电子束刻蚀技术中的光栅式的扫描曝光方式,由于本系统中采用的特殊实现方法使得刻蚀精度,难以达到一般光学刻蚀能达到的高精度。为了能达到微型化、高扫描频率的设计要求,在总体设计方案上提出了几种比较可行的硬件设计方案,并最终选择尝试利用弹簧振子结构实现扫描运动的方案。完整的弹簧振子扫描器中最关键的是弹簧振子和动力源,该方法能否实现就取决于这两个关键部件的具体设计。通过建立数学模型分析弹簧振子结构的扫描运动规律,同时为动力源的设计提供了指导,但从动力源的设计中可以发现这个方法存在的不足之处。在系统建立与运行实验中指出了这些不足之处,并提出了可能的改进方向。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 光刻工艺
• 1.1.2 接触式光刻技术
• 1.1.3 投影式光刻技术
• 1.1.4 电子束刻蚀技术
• 1.2 无掩模光刻技术
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 无掩模光刻系统的总体框架
• 1.4 本文的研究内容
• 2 曝光原理与扫描方式
• 2.1 引言
• 2.2 电子束刻蚀曝光原理
• 2.2.1 图形曝光方式
• 2.2.2 各种方法比较
• 2.3 扫描系统的总体方案
• 2.3.1 拟采用的扫描方式
• 2.3.2 扫描系统结构
• 2.3.3 横向高速扫描运动的实现方法
• 2.3.4 扫描图形的处理与精度分析
• 2.4 关于对准问题的讨论
• 2.5 小结
• 3 弹簧振子扫描器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 弹簧振子扫描器系统理论分析
• 3.2.1 系统组成
• 3.2.2 振子模型的建立与分析
• 3.2.3 关于动力源的讨论
• 3.3 动力源的设计
• 3.3.1 能量补偿的方法
• 3.3.2 动力源结构设计
• 3.3.3 完整的横向扫描器系统的介绍
• 3.4 小结
• 4 控制电路的设计与系统测试
• 4.1 引言
• 4.2 扫描器控制电路的设计
• 4.2.1 系统工作整体思路的设计
• 4.2.2 直流马达功率驱动电路的设计
• 4.2.3 控制电路的设计
• 4.2.4 控制电路设计中的其它细节问题
• 4.3 动力源设计中的细节问题
• 4.4 扫描器的构建与测试
• 4.4.1 扫描器的构建
• 4.4.2 扫描器的振动测试
• 4.5 小结
• 5 总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录