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二、数字光刻设备研制以及关键技术 计算机将所需的光刻图案通过图形生成器输入到DMD芯片中,根据图形中黑白像素的分布来改变DMD 中微反射镜的转角,并通过准直光源照射DMD表面形成与所需图形一致的光图像,利用相应的光刻镜头将该图像投影到基片表面并通过控制样品台的扫描运动,实现任意形状的大面积微结构制备。 2.1 DMD的结构特点 DMD芯片是MEMS(Micro Electro Mechanical systems,微电子机械系统)技术下的产物的,在其芯片表面集成了数十万乃至百万个微反射镜(Micromirror Pitch)。微反射镜是其DMD芯片的物理像素,微反射镜越多,DMD芯片所能的显示的分辨率越高, 通过电控每个微反射镜的转动来实现所需要的光图形。 DMD芯片分类 波段:紫外 、近红外、可见的芯片 尺寸:0.95英寸、0.75英寸、0.45英寸、0.2英寸 帧频:高帧频(20kHz)低帧频(1k-3kHz) 匹配不同的控制芯片,利用FPGA进行可编程开发,形成各类驱动。 2.2基于DMD的紫外高速数字光刻设备的特点 相对于掩膜曝光系统:无掩膜 无需加工不同结构的掩模板,极大降低了生产成本,提高了工作效率和系统稳定性。 相对于单光束扫描曝光系统:多光束扫描曝光 DMD芯片上的每一个微反射镜都可以等效的看作是一处独立光源,其曝光过程相当于多光束逐点曝光,通过匹配微反射镜的开关频率与样品台的运行速度,实现DMD的图形滚动曝光,提高了系统的生产效率。 目前的诸如PCB板的加工基本使用掩膜曝光设备。其价格低,但需加工掩膜版。掩模板制作复杂、周期长、费用昂贵,一旦完成无法修改,这些缺陷已经严重限制了高端个性化PCB板的加工制作。数字印刷行业也面临同样转型升级状态,急需无掩膜光刻设备来对其进行更新换代。而单点激光直写无掩膜设备效率低下,不适合该行业需求。DMD无掩膜光刻设备成为PCB板、数字印刷行业发展的必然选择。(工业) 掩模曝光 DMD无掩模数字光刻 更 新 2.3基于DMD的紫外高速数字光刻设备的应用方向 PCB板工业制造 三维立体光刻(实验室) 2005年,UC Berkeley的X. Zhang课题组,微投影立体光刻装置,特征尺寸达到0.6um 生物芯片制造 高密度DNA芯片 器官芯片 微流控芯片 生物3D打印 打印多孔生物支架,生长组织,进行移植; 打印立体微环境,进行体外环境模拟; 核心技术1——DMD驱动 (国内的DMD帧频在2000以内,效率低。国外DMD帧频在15000以上,效率高。) DMD驱动板 2.3核心技术水平 曝光光源能量分布实际测试图 利用特殊的衍射匀光光学元件和405nm激光,形成高均匀、高效照明光源 激光照明系统 投影物镜 丰富的投影光刻物镜光学、光机设计经验以及成熟的精密装调工艺,保证每一个投影光刻物镜的成像质量。 标准物镜: 1X:分辨力10.8μm,曝光面积21X10.5mm2 数值孔径NA=0.1 核心技术2——光学模块 (国内同类产品以卤素灯为主,国外同类产品以LED照明为主) 形成灰度滚动数据处理很存储方式,利用扫描曝光方式提高设备工作效率。 核心技术3——数据处理 (国内同类产品形成固定数据,分块存储,国外同类产品形成滚动数据,分块存储。) Video 1. : Number 利用部分数据预制模版来进一步平衡照明的不均匀性。 利用畸变补偿方法,对数据预制处理,以抵消镜头畸变的影响,降低对镜头的质量的要求。 核心技术4 自动调焦 ?利用激光三角测量原理形成自动调焦系统,包括激光光源、光学系统和PSD。 调焦精度: 1um DMD驱动方面: 滚动灰度光刻的DMD动作方法 许家林 孙强 发明专利201410508288.3授权 照明方面: 刘华;卢振武; 实现半导体激光光束匀化的微光学元件 中国发明专利 CN201110272797 (2013.04.17 授权公告日) 授权 数字处理方面: 一种用于数字光刻系统的光强不均匀性测量与校正方法 刘华;卢振武 (已提交) 系统装调方面: DMD光学系统光源位置的定位辅助装置及光源位置装调方法 刘华 谭向全 党博石 发明专利201510263495 用于定位DMD光刻系统中相机焦平面位置的新型分划板 刘华 谭向全 党博石 卢振武 发明专利201510316684.0 所持专利和文章 发表论文: Xiao-Duo Wang HuaLiu*、 Zhen-WuLu Li-WeiSong Tai-shengWang Bo-Shi Dang Xiang-QianQuan Yun-PengLi Design of a spectrum-folded Hadamard transfo
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