数字光刻控制系统的研究与设计

论文摘要

随着微纳技术（Micro-and Nano-technology）的不断发展，以尺寸微小、操作尺寸极小为特征的微纳器件己成为人们认识和改造客观世界的一种高新技术。由于传统的微纳加工控制技术面临着诸多瓶颈问题，诸如制造过程难以有效控制和加工自动化不高制约了微纳加工技术的发展。而数字光刻控制系统是一种新型的微纳器件加工控制技术，很好地解决了传统微纳加工系统控制中存在的问题，是二十一世纪里最具潜力的微纳加工控制技术。本文针对数字光刻加工控制系统中工件台控制、光源曝光控制、实时调焦监测控制、数字掩模图输出控制的特点，采用计算机接口控制技术、硬件控制技术，控制软件的实现进行了较详细的讨论。研究设计出一套符合数字光刻加工应用的计算机软硬件控制系统，以摆脱传统微纳加工的束缚。本论文首先分析了数字光刻控制系统的特点，从其需求出发确定了本控制系统的总体框架，然后展开逐项内容进行研究。根据三维精密工件台的运动特点采用了基于计算机控制技术。以三维精密控制器为核心，实现了对三维精密工件台x y z轴的精确运动定位控制。在硬件控制上的创新点是我们实现了对曝光光源曝光精确控制，包括曝光量、曝光时间及实时调焦控制，从而实现了精密工件台的运动与曝光控制，实时调焦的联动控制。论文对数字光刻加工中的微光学器件设计理论进行了详细分析，利用可视化的Windows和面向对象的程序设计语VisualC++6.0作为控制系统软件的开发平台，开发了数字光刻系统可视化的控制软件。最后，通过光刻实验制作，对数字光刻控制系统的功能作进行验证，为实现数字光刻软、硬件控制功能更加完善作进一步的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 光刻技术的国内外研究概况
• 1.2.1 国外光刻技术的发展
• 1.2.2 我国光刻技术的发展
• 1.3 传统的几种光刻方法
• 1.3.1 电子束光刻技术（EBL）
• 1.3.2 X 射线光刻技术（XRL）
• 1.3.3 离子束光刻技术（IBL）
• 1.4 数字光刻技术（Digital Lithography）
• 1.4.1 数字光刻技术介绍
• 1.4.2 数字光刻控制系统研究现状
• 1.5 论文的研究思路和内容安排
• 1.5.1 论文的研究思路
• 1.5.2 论文的内容安排
• 第2章 硬件控制系统设计
• 2.1 系统整体结构
• 2.2 硬件功能规划
• 2.3 数字微镜 DMD 系统
• 2.3.1 数字微镜 DMD
• 2.3.2 数字微镜 DMD 驱动系统
• 2.4 程控精密定位系统
• 2.5 程控精密曝光系统
• 2.6 精密实时监测系统
• 2.7 小结
• 第3章 控制系统软件设计
• 3.1 控制系统软件概述
• 3.2 精密定位控制技术
• 3.3 系统硬件端口访问
• 3.3.1 利用控件提供的端口访问函数来完成
• 3.3.2 利用 MSComm 控件来实现串口通信
• 3.3.3 利用对话框来对串口通信的初始化
• 3.4 精密定位功能的实现
• 3.5 曝光控制功能的实现
• 3.6 CCD 监视功能的实现
• 3.7 小结
• 第4章 掩模图形输出控制研究
• 4.1 掩模图形输出控制系统的组成
• 4.2 数字掩模图形的设计原理
• 4.2.1 数字掩模图设计的一般理论
• 4.2.2 数字掩模图设计的标量理论
• 4.3 几种微光学元件的设计
• 4.3.1 二元光栅的设计
• 4.3.2 环形光栅的设计
• 4.3.3 菲涅耳波带片的设计
• 4.4 数字掩模图形的设计与输出
• 4.4.1 输出控制的运行环境
• 4.4.2 控制程序设计
• 4.5 掩模图形的输出控制
• 4.6 小结
• 第5章 数字光刻控制系统实验研究
• 5.1 实验系统介绍
• 5.2 数字光刻系统的实验工艺
• 5.2.1 硅片预处理
• 5.2.2 涂胶
• 5.2.3 前烘
• 5.2.4 曝光
• 5.2.5 显影
• 5.2.6 后烘
• 5.3 实验制作
• 5.3.1 二元光栅光刻实验
• 5.3.2 二阶圆环光刻实验
• 5.4 系统性能分析
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文