准分子激光微加工光学系统研究

作     者：杜国军 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左铁钏;陈涛

授予年度：2005年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：准分子激光 微加工 均束 物镜 监控 定位 

摘      要：准分子激光是一种适用于微加工的紫外波段强光源,短脉冲宽度使得它对聚合物、玻璃和陶瓷等材料的加工可实现无热去除。但是由于光束质量差,属于多模光束,且光斑内部能量分布不均匀,极大的影响了准分子激光的适用范围。尤其表现在掩模投影加工方式上,这种加工方法一次曝光就可以加工出整个图案,加工效率高,且分辨率极限可达0.5um。但是由于激光能量的分布不均,会使整个图案加工深度不一致,影响加工质量。 本文主要从准分子激光的均束、投影成像和同轴监控定位三方面进行了研究,研制成功了一套准分子激光掩模投影微加工系统。 本文探讨了248nm的准分子激光的光束特点。根据理论和实验结果,利用积分原理,对准分子激光扩束和分束整形,设计了一套准分子激光均束系统。在国内首次达到了能量均匀度误差±5%之内,满足了准分子激光掩模投影加工和激光辐照的光束质量要求。 本文针对微加工系统要求高分辨率的投影物镜的特点,采用折射型系统,利用最小二乘法,校正球差、彗差和畸变,设计一个缩小倍率15:1的投影成像物镜,满足了掩模投影成像加工系统的要求。 本文针对微加工器件尺寸小,加工过程中难以定位的特点,采用同轴方式,通过镜头组的配合,将加工面的图像成像在CMOS传感器接收面上,设计了一套同轴监控定位系统,系统通过十字叉线,实现了对微小器件的适时精确定位。