本文選題：DMD　切入點：數(shù)字無掩模光刻　出處：《電子科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：光刻技術(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)。隨著集成電路器件特征尺寸的不斷減小,傳統(tǒng)光刻工藝中所需要的掩模版制作成本急劇增加,各類無掩模光刻技術(shù)在近年來得到快速發(fā)展�；贒MD(Digital Micromirror Device)的數(shù)字無掩模光刻使用DMD代替?zhèn)鹘y(tǒng)光刻掩模版,降低了掩模制作的難度和高昂成本,簡化了傳統(tǒng)光刻加工的流程,具有效率高、成本低、靈活等優(yōu)點。通過計算機靈活控制DMD曝光圖像進行灰度曝光,可方便實現(xiàn)連續(xù)復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的加工,在3D光刻領(lǐng)域具有傳統(tǒng)光刻技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢,在半導(dǎo)體集成電路、PCB制造、微光學(xué)元件加工等行業(yè)具有非常好的應(yīng)用前景。本文圍繞DMD數(shù)字光刻系統(tǒng),針對大面積光刻加工中的曝光方式、曝光效率及灰度曝光等問題,提出新的解決方案。首先,研究大面積光刻加工的DMD曝光方式,針對現(xiàn)有DMD數(shù)字光刻系統(tǒng)在掃描曝光工作方式下存在的效率低的問題,設(shè)計一種DMD高速圖像曝光方法,優(yōu)化掃描曝光的處理流程。通過預(yù)存所有圖像數(shù)據(jù),并在FPGA中完成對曝光圖像的處理及對DMD曝光控制方式的優(yōu)化,實現(xiàn)大面積光刻圖像的高速掃描曝光。然后,根據(jù)DMD的灰度調(diào)制方式,研究使用DMD進行灰度圖像曝光的控制算法,改進基于二元脈沖寬度調(diào)制的DMD灰度幀頻提高方案,并設(shè)計一種面向掃描式3D光刻的DMD灰度圖像曝光方法,通過軟件對灰度圖像進行位平面分解,在FPGA中完成對灰度曝光圖像的處理和對DMD的灰度調(diào)制,實現(xiàn)DMD灰度光刻曝光,并獲得較高的灰度幀頻。最后在TI DLP4100開發(fā)平臺中,基于FPGA設(shè)計并實現(xiàn)了DMD高速圖像曝光方法和灰度圖像曝光方法。通過發(fā)揮FPGA的高速數(shù)據(jù)傳輸和強大的時序控制能力的優(yōu)勢,最大限度利用DMD圖像翻轉(zhuǎn)的速度,實現(xiàn)一個高性能的DMD掃描曝光控制器,并應(yīng)用到實際數(shù)字光刻機的開發(fā)中。實驗結(jié)果表明,本文設(shè)計的DMD圖像曝光方法有效地提高了DMD數(shù)字光刻系統(tǒng)的掃描曝光和灰度曝光的速度及工作效率。
[Abstract]:Photolithography technology is the foundation of semiconductor industry. With the decreasing of feature size of integrated circuit devices, the cost of mask fabrication required in traditional lithography technology increases dramatically. In recent years, various kinds of unmask lithography technology have been developed rapidly. Digital mask lithography based on DMD(Digital Micromirror device uses DMD instead of traditional lithography mask plate, which reduces the difficulty and high cost of mask fabrication and simplifies the process of traditional lithography processing. It has the advantages of high efficiency, low cost, flexibility and so on. By controlling DMD exposure image flexibly by computer, the processing of continuous and complex microstructures can be realized conveniently, which has the unparalleled advantage of traditional lithography technology in the field of 3D lithography. This paper focuses on the DMD digital lithography system, aiming at the problems of exposure mode, exposure efficiency and gray exposure in large area lithography. A new solution is proposed. Firstly, the DMD exposure mode of large area lithography is studied. Aiming at the low efficiency of the existing DMD digital lithography system in scanning exposure mode, a high speed DMD image exposure method is designed. The processing flow of scanning exposure is optimized. By storing all image data in advance, processing the exposed image in FPGA and optimizing the exposure control mode of DMD, the high-speed scanning exposure of large area lithography image is realized. According to the gray level modulation of DMD, the control algorithm of gray image exposure using DMD is studied, and the scheme of improving the frame frequency of DMD based on binary pulse width modulation is improved, and a DMD gray image exposure method oriented to scanning 3D lithography is designed. The software is used to decompose the grayscale image into bit-plane, to process the grayscale exposure image and to modulate the gray level of DMD in FPGA, to realize the DMD grayscale lithography exposure, and to obtain the higher gray frame frequency. Finally, in the TI DLP4100 development platform, the grayscale lithography is realized. Based on FPGA, DMD high speed image exposure method and gray image exposure method are designed and implemented. By taking advantage of FPGA's high speed data transmission and powerful timing control ability, the maximum speed of DMD image flipping is utilized. A high performance DMD scanning exposure controller is implemented and applied to the development of a digital lithography machine. The experimental results show that, The DMD image exposure method designed in this paper can effectively improve the speed and efficiency of scanning exposure and gray exposure of DMD digital lithography system.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN305.7;TP391.41

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