编号
激光干涉光刻技术研究
Laser interference photolithography technology research
学 生 姓 名 王新舜
专 业 电子科学与技术
学 号 1112129
指 导 教 师
分 院 光电科学分院
2015年 X月
摘 要
本文研究的是基于激光干涉光刻的相关理论，综合论述激光干涉光刻的基本原理、主要类型、发展趋势及当前未解决的难题。干涉光刻技术是一个无需用到复杂的光学系统或光掩膜而制备精细结构的技术手段，干涉光刻技术集激光、干涉和衍射光学及光学光刻于一体。激光干涉光刻作为一种新兴的光刻技术，具有设备简单、价格低廉、高效率高分辨率和大视场曝光等待点，对其进行系统的研究，对推进光学光刻极限，发展纳米微电子和光电子器件、新型大屏幕平板显示器和新型光刻机具有重要意义和广阔的应用前景。
关键词：光学光刻;全息光刻技术;干涉光刻技术
I
ABSTRACT
This paper researches on related theories of laser interference lithography based on basic principle of lithography, laser interference, comprehensive exposition of the main types, development trend and the current outstanding problem. Interferometric lithography is a no need to use the complex optical system or optical mask and preparation technology of fine structure, interference lithography, interference and diffraction in laser optics and optical lithography in one. As a new kind of laser interference lithography, has the advantages of simple equipment, low price, high efficiency and high resolution and large field exposure waiting point, to study it, to promote the development of nano optical lithography limit, microelectronic and optoelectronic devices, a new large screen flat panel display and a new lithography has important significance and broad application prospect.
Keywords: Optical lithography holographic lithography interference lithography III
目 录
绪 论 .................................................................. 1
第一章 方案设计 ........................................................ 2
1.1 功能要求 ........................................................ 2
1.2 方案选择 ........................................................ 2
1.3 方案论证 ........................................................ 3
第二章 系统总体的设计 .................................................. 5
2.1 系统总体的设计 .................................................. 5
第三章 系统硬件的设计 .................................................. 6
3.1 AT89S52的结构和功能 ............................................ 6
3.1.1 AT89S52引脚结构 .......................... 错误！未定义书签。
3.1.2 寄存器 ................................... 错误！未定义书签。
3.1.3 复位 ..................................... 错误！未定义书签。
3.2 AT89C2051的结构和功能 ......................... 错误！未定义书签。
3.2.1 AT89C2051结构 ............................ 错误！未定义书签。
3.2.2 主要性能 ................................. 错误！未定义书签。
3.3 TL1838一体化红外接收头 ........................ 错误！未定义书签。
3.4 LD发射器 ...................................... 错误！未定义书签。
3.4.1 LD半导体激光器简介 ....................... 错误！未定义书签。
3.4.2 警示标志 ................................. 错误！未定义书签。
第四章 系统模块 ........................................................ 6
4.1 LD发射模块的设计 ............................................... 6
4.2 本机处理接收电路的设计 ......................... 错误！未定义书签。
4.2.1 LD接收电路的设计 ......................... 错误！未定义书签。
4.2.2 报警电路的设计 ........................... 错误！未定义书签。
4.2.3 电源电路的设计 ........................... 错误！未定义书签。
4.2.4 其他外围电路的设计 ....................... 错误！未定义书签。
第五章 系统软件设计及实现 .............................................. 6
5.1 LD红外发射模块程序的设计 ...................... 错误！未定义书签。
5.2 本机接收处理模块程序的设计 ..................... 错误！未定义书签。
5.2.1 密码设置子程序的设计 ..................... 错误！未定义书签。
5.2.2 按键间隔超时的判断及复位 ................. 错误！未定义书签。
第六章 结 语 .......................................................... 6
致 谢 .................................................................. 7
附 录 .................................................................. 7
参 考 文 献 ............................................................. 8
绪 论
随着科学技术的进步和半导体工业的发展,集成电路的特征尺寸越来越小，而激光干涉光刻技术是一种在材料表面大面积加工亚微米尺度周期性结构的技术，是半导体器件制造的又一重要技术，激光干涉光刻能产生周期性点、线结构等特点。集成电路之所以会这样飞速发展，光刻技术功不可没，而其中激光干涉光刻技术又是近几年新兴的一项技术，这对半导体工业和集成电路又是一次巨大的飞跃，所以对激光干涉光刻技术进行研究是必要的。目前国际上对激光干涉光刻技术的研究取得了很大的进展，不仅加工出大面积的小尺度微纳结构在应用性研究上也取得了许多优秀的成果。虽然我国相比于一些发达国家在技术上还有些不足，但也取得了许多优秀的成果，在应用方面提出了突破性的研究。随着科技的进步，激光干涉光刻技术也面临着更多的挑战，例如激光干涉光刻在成本控制、质量稳定性，以及应实用性应用还有很多缺陷。
第一章 激光光刻技术概述
1.1 基本原理
功能要求实现高保密性、低重复率、低成本、安全、防盗、防破坏
1.2 方案选择
方案一 通过区分控制电压来实现多路控制
图1-1 电压控制方框图
如图1-1，本方案在工作时，发射部分当按键按下时，控制电压生成电路根据不同的按键产生不同的电压，从而控制LD发出信号的强弱；接收部分接收到不同强弱的信号，将其放大，再由电压比较电路分辨出不同大小的电压，并实现对不同路开关的控制。
本方案遥控的距离比较近，且容易受到干扰，控制电压不易区分。
方案二 通过不同频率来控制各路开关
图1-2 频率控制方框图
如图1-2，本方案工作时，发射部分的频率生成电路根据按键的不同产生相应的
出频率，经过调制电路调制后，由LD发射出LD红外信号；红外接收管接收到LD红外信号，经过解调、放大、整形后，将信号传入单片机，单片机根据输入信号频率的不同，来控制不同的开关电路。
本方案的优点是遥控距离较远，抗干扰能力强，但是由于它是通过区分频率来控制多个电路，故不易实现对其控制路数的扩展。
方案三 由脉冲编码来实现多路控制
图1-3 编码控制方框图
如图1-3，本方案的发射部分将各个按键按下时产生的脉冲信号进行编码，再经过调制，由红外LD发射管发射出红外信号；接收时，接收到的LD红外信号经过解调电路，放大电路后，再进行解码，然后再由单片机来实现多路控制。
本方案具有抗干扰能力强，遥控距离远，工作稳定等特点，对多路控制的扩展也较容易实现。
1.3 方案论证
方案一通过对控制电压的区分来控制多个电路的开关，对电压的准确度要求较高，而电压在电路中容易受到噪音等因素的干扰，同时，LD红外信号在传递过程中也会受到电磁波等干扰，影响其信号的强度，从而影响接收部分在比较电压时对电压的判断。另外，发射部分中没有调制，导致接收距离很近，使其在遥控中的实用性也很小。
方案二采用频率来区分不同按键并实现多路控制，在传递过程中，信号的频率很难受到影响，经过调制后，LD发出的红外信号有很强的抗干扰能力，接收距离也较远，但频率产生电路产生出的频率需要比调制出的信号频率小得多，在一定范围内，产生出的频率还要有相当的间隔，这就使本方案在控制路数上受到一定的限制，工作效果也不好。
方案三同样使用了调制电路，使其具有抗干扰能力强和接收距离远的特点，和方案二不同的是，采用脉冲编码来区分不同的按键，这样接收部分接收到的信号经过解调、放大、解码后能够准确的区分开来，编码时通过不同的逻辑组合，再由单片机来
控制开关电路，就能够控制很多路，扩展起来也比较方便。
综合比较三个方案，本人觉得方案三最可行，故选用方案三来完成设计。
第二章 系统总体的设计
2.1 系统总体的设计
系统主要由LD发射模块和本机处理接收模块两部分构成,系统总体设计框图如图2-1所示。发射模块和本机处理接收模块的核心分别采用AT89C2051和AT89S52单片机。LD信号的收发通过串口进行通信,两部分的串口工作方式及通信波特率的设置相同[3]。AT89C2051[4]单片机是AT89C51的一种精简版本,只有20个引脚,体积小;具有2.7~6 V的宽电压工作范围;具备低功耗空闲和掉电模式。该单片机满足本系统低电压供电、低功耗、方便随身携带的要求。在本机处理接收模块中,采用了AT89S52[5]单片机,该单片机有3个定时器。设置密码和按键开锁时,均设计了按键间隔超过3 s自动复位的功能,分别采用定时器T0和T1定时实现;定时器T2设置串口通信波特率。
LD发射模块
本机处理接收模块
图2-1 LD遥控电子密码锁系统框图
第三章 系统硬件的设计
3.1 AT89S52的结构和功能
第四章 系统模块
4.1 LD发射模块的设计
第五章 系统软件设计及实现
第六章 结 语
该设计的亮点在于没有扩展任何E2PROM的情况下,实现了任意修改密码的功能,且采用软件复位的方法取消无效按键。通过对本系统设置密码、键盘开锁、LD遥控开锁等各方面的情况进行试验测试,验证了系统的精确性和安全性。实验证明该系统成本低、可靠性高,值得推广与应用。
致 谢
附 录
激光处理上的安全对策 像一般家庭或办公室激光唱盘或激光打印机等的应用机器，为激光光不会射出外部的构造形成，能够保证安全。另外一些激光光若不发出外部不会有机能的装置。如有这样的情形就须参考下述对策。
(1) 根据激光装置的级别，有关激光的安全或伤害具有充分的知识与认识的人来指导处理.
(2) 三级以上的激光制作由有安全操作适当教育的人来执行。 (3) 动作中的激光装置，假如不发出激光光，也不要探视光路中。
(4) 激光共振器的调整，光轴调低时，会突然发射激光。要经常注意眼睛的位置来处理。
(5) 使用眼睛看不到的红外光大型激光时，附近的人要特别注意。
(6) 不能避免反射光或乱射光时，在使用三级以上的激光时，可以使用保护眼镜。
参 考 文 献
[1]郭海英.基于单片机的电子安全密码锁的设计[J].现代电子技术,2005,28(13):95-97.
[2]刘振海.一种基于单片机和串行E2PROM的智能密码锁[J].微计算机信息，2007
[3]戴佳,戴卫恒,刘博文.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].2版.北京:电子工业出版社,2008.
[4] Atmel. AT89C2051高性能8位单片机[ EB/OL].[2008-09-20]. http://www.zymcu.com.
[5] Atmel. AT89S52[EB/OL]. [2009-02-13].http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_doc uments/doc1919.pdf.
[6] ATMEL.AT89S52中文手册[EB/OL]. http://wenku.baidu.com/view/7ecdad61caaedd 3383c4d34a.html.
[7]AT89C2051-12PA数据手册pdf[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/10c1fb00a6c30c 2259019ed8.html
[8]1838红外接收头[EB/OL] [2006-5-12]http://bbs.ednchina.com/blog_article_78424.htm.
[9]陈家璧，彭润玲.激光原理及应用[M]北京：电子工业出版社2011.
[10]刘坤,高征红,晁阳.Protel 99SE电路设计实例教程[M].北京:清华大学出版社,2008.
[11]佚名.TL1838功能描述和相关资料[EB/OL] .[2008-07-09].http://www.datasheet5.co m/datasheet_pdf/iyeat-gihfvstg/TL1838/
[12]康华光.电子技术基础模拟部分[M].5版.北京:高等教育出版社,2006.
[13]张友德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验[M].上海:复旦大学出版社,2003.
编号
激光干涉光刻技术研究
Laser interference photolithography technology research
学 生 姓 名 王新舜
专 业 电子科学与技术
学 号 1112129
指 导 教 师
分 院 光电科学分院
2015年 X月
摘 要
本文研究的是基于激光干涉光刻的相关理论，综合论述激光干涉光刻的基本原理、主要类型、发展趋势及当前未解决的难题。干涉光刻技术是一个无需用到复杂的光学系统或光掩膜而制备精细结构的技术手段，干涉光刻技术集激光、干涉和衍射光学及光学光刻于一体。激光干涉光刻作为一种新兴的光刻技术，具有设备简单、价格低廉、高效率高分辨率和大视场曝光等待点，对其进行系统的研究，对推进光学光刻极限，发展纳米微电子和光电子器件、新型大屏幕平板显示器和新型光刻机具有重要意义和广阔的应用前景。
关键词：光学光刻;全息光刻技术;干涉光刻技术
I
ABSTRACT
This paper researches on related theories of laser interference lithography based on basic principle of lithography, laser interference, comprehensive exposition of the main types, development trend and the current outstanding problem. Interferometric lithography is a no need to use the complex optical system or optical mask and preparation technology of fine structure, interference lithography, interference and diffraction in laser optics and optical lithography in one. As a new kind of laser interference lithography, has the advantages of simple equipment, low price, high efficiency and high resolution and large field exposure waiting point, to study it, to promote the development of nano optical lithography limit, microelectronic and optoelectronic devices, a new large screen flat panel display and a new lithography has important significance and broad application prospect.
Keywords: Optical lithography holographic lithography interference lithography III
目 录
绪 论 .................................................................. 1
第一章 方案设计 ........................................................ 2
1.1 功能要求 ........................................................ 2
1.2 方案选择 ........................................................ 2
1.3 方案论证 ........................................................ 3
第二章 系统总体的设计 .................................................. 5
2.1 系统总体的设计 .................................................. 5
第三章 系统硬件的设计 .................................................. 6
3.1 AT89S52的结构和功能 ............................................ 6
3.1.1 AT89S52引脚结构 .......................... 错误！未定义书签。
3.1.2 寄存器 ................................... 错误！未定义书签。
3.1.3 复位 ..................................... 错误！未定义书签。
3.2 AT89C2051的结构和功能 ......................... 错误！未定义书签。
3.2.1 AT89C2051结构 ............................ 错误！未定义书签。
3.2.2 主要性能 ................................. 错误！未定义书签。
3.3 TL1838一体化红外接收头 ........................ 错误！未定义书签。
3.4 LD发射器 ...................................... 错误！未定义书签。
3.4.1 LD半导体激光器简介 ....................... 错误！未定义书签。
3.4.2 警示标志 ................................. 错误！未定义书签。
第四章 系统模块 ........................................................ 6
4.1 LD发射模块的设计 ............................................... 6
4.2 本机处理接收电路的设计 ......................... 错误！未定义书签。
4.2.1 LD接收电路的设计 ......................... 错误！未定义书签。
4.2.2 报警电路的设计 ........................... 错误！未定义书签。
4.2.3 电源电路的设计 ........................... 错误！未定义书签。
4.2.4 其他外围电路的设计 ....................... 错误！未定义书签。
第五章 系统软件设计及实现 .............................................. 6
5.1 LD红外发射模块程序的设计 ...................... 错误！未定义书签。
5.2 本机接收处理模块程序的设计 ..................... 错误！未定义书签。
5.2.1 密码设置子程序的设计 ..................... 错误！未定义书签。
5.2.2 按键间隔超时的判断及复位 ................. 错误！未定义书签。
第六章 结 语 .......................................................... 6
致 谢 .................................................................. 7
附 录 .................................................................. 7
参 考 文 献 ............................................................. 8
绪 论
随着科学技术的进步和半导体工业的发展,集成电路的特征尺寸越来越小，而激光干涉光刻技术是一种在材料表面大面积加工亚微米尺度周期性结构的技术，是半导体器件制造的又一重要技术，激光干涉光刻能产生周期性点、线结构等特点。集成电路之所以会这样飞速发展，光刻技术功不可没，而其中激光干涉光刻技术又是近几年新兴的一项技术，这对半导体工业和集成电路又是一次巨大的飞跃，所以对激光干涉光刻技术进行研究是必要的。目前国际上对激光干涉光刻技术的研究取得了很大的进展，不仅加工出大面积的小尺度微纳结构在应用性研究上也取得了许多优秀的成果。虽然我国相比于一些发达国家在技术上还有些不足，但也取得了许多优秀的成果，在应用方面提出了突破性的研究。随着科技的进步，激光干涉光刻技术也面临着更多的挑战，例如激光干涉光刻在成本控制、质量稳定性，以及应实用性应用还有很多缺陷。
第一章 激光光刻技术概述
1.1 基本原理
功能要求实现高保密性、低重复率、低成本、安全、防盗、防破坏
1.2 方案选择
方案一 通过区分控制电压来实现多路控制
图1-1 电压控制方框图
如图1-1，本方案在工作时，发射部分当按键按下时，控制电压生成电路根据不同的按键产生不同的电压，从而控制LD发出信号的强弱；接收部分接收到不同强弱的信号，将其放大，再由电压比较电路分辨出不同大小的电压，并实现对不同路开关的控制。
本方案遥控的距离比较近，且容易受到干扰，控制电压不易区分。
方案二 通过不同频率来控制各路开关
图1-2 频率控制方框图
如图1-2，本方案工作时，发射部分的频率生成电路根据按键的不同产生相应的
出频率，经过调制电路调制后，由LD发射出LD红外信号；红外接收管接收到LD红外信号，经过解调、放大、整形后，将信号传入单片机，单片机根据输入信号频率的不同，来控制不同的开关电路。
本方案的优点是遥控距离较远，抗干扰能力强，但是由于它是通过区分频率来控制多个电路，故不易实现对其控制路数的扩展。
方案三 由脉冲编码来实现多路控制
图1-3 编码控制方框图
如图1-3，本方案的发射部分将各个按键按下时产生的脉冲信号进行编码，再经过调制，由红外LD发射管发射出红外信号；接收时，接收到的LD红外信号经过解调电路，放大电路后，再进行解码，然后再由单片机来实现多路控制。
本方案具有抗干扰能力强，遥控距离远，工作稳定等特点，对多路控制的扩展也较容易实现。
1.3 方案论证
方案一通过对控制电压的区分来控制多个电路的开关，对电压的准确度要求较高，而电压在电路中容易受到噪音等因素的干扰，同时，LD红外信号在传递过程中也会受到电磁波等干扰，影响其信号的强度，从而影响接收部分在比较电压时对电压的判断。另外，发射部分中没有调制，导致接收距离很近，使其在遥控中的实用性也很小。
方案二采用频率来区分不同按键并实现多路控制，在传递过程中，信号的频率很难受到影响，经过调制后，LD发出的红外信号有很强的抗干扰能力，接收距离也较远，但频率产生电路产生出的频率需要比调制出的信号频率小得多，在一定范围内，产生出的频率还要有相当的间隔，这就使本方案在控制路数上受到一定的限制，工作效果也不好。
方案三同样使用了调制电路，使其具有抗干扰能力强和接收距离远的特点，和方案二不同的是，采用脉冲编码来区分不同的按键，这样接收部分接收到的信号经过解调、放大、解码后能够准确的区分开来，编码时通过不同的逻辑组合，再由单片机来
控制开关电路，就能够控制很多路，扩展起来也比较方便。
综合比较三个方案，本人觉得方案三最可行，故选用方案三来完成设计。
第二章 系统总体的设计
2.1 系统总体的设计
系统主要由LD发射模块和本机处理接收模块两部分构成,系统总体设计框图如图2-1所示。发射模块和本机处理接收模块的核心分别采用AT89C2051和AT89S52单片机。LD信号的收发通过串口进行通信,两部分的串口工作方式及通信波特率的设置相同[3]。AT89C2051[4]单片机是AT89C51的一种精简版本,只有20个引脚,体积小;具有2.7~6 V的宽电压工作范围;具备低功耗空闲和掉电模式。该单片机满足本系统低电压供电、低功耗、方便随身携带的要求。在本机处理接收模块中,采用了AT89S52[5]单片机,该单片机有3个定时器。设置密码和按键开锁时,均设计了按键间隔超过3 s自动复位的功能,分别采用定时器T0和T1定时实现;定时器T2设置串口通信波特率。
LD发射模块
本机处理接收模块
图2-1 LD遥控电子密码锁系统框图
第三章 系统硬件的设计
3.1 AT89S52的结构和功能
第四章 系统模块
4.1 LD发射模块的设计
第五章 系统软件设计及实现
第六章 结 语
该设计的亮点在于没有扩展任何E2PROM的情况下,实现了任意修改密码的功能,且采用软件复位的方法取消无效按键。通过对本系统设置密码、键盘开锁、LD遥控开锁等各方面的情况进行试验测试,验证了系统的精确性和安全性。实验证明该系统成本低、可靠性高,值得推广与应用。
致 谢
附 录
激光处理上的安全对策 像一般家庭或办公室激光唱盘或激光打印机等的应用机器，为激光光不会射出外部的构造形成，能够保证安全。另外一些激光光若不发出外部不会有机能的装置。如有这样的情形就须参考下述对策。
(1) 根据激光装置的级别，有关激光的安全或伤害具有充分的知识与认识的人来指导处理.
(2) 三级以上的激光制作由有安全操作适当教育的人来执行。 (3) 动作中的激光装置，假如不发出激光光，也不要探视光路中。
(4) 激光共振器的调整，光轴调低时，会突然发射激光。要经常注意眼睛的位置来处理。
(5) 使用眼睛看不到的红外光大型激光时，附近的人要特别注意。
(6) 不能避免反射光或乱射光时，在使用三级以上的激光时，可以使用保护眼镜。
参 考 文 献
[1]郭海英.基于单片机的电子安全密码锁的设计[J].现代电子技术,2005,28(13):95-97.
[2]刘振海.一种基于单片机和串行E2PROM的智能密码锁[J].微计算机信息，2007
[3]戴佳,戴卫恒,刘博文.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].2版.北京:电子工业出版社,2008.
[4] Atmel. AT89C2051高性能8位单片机[ EB/OL].[2008-09-20]. http://www.zymcu.com.
[5] Atmel. AT89S52[EB/OL]. [2009-02-13].http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_doc uments/doc1919.pdf.
[6] ATMEL.AT89S52中文手册[EB/OL]. http://wenku.baidu.com/view/7ecdad61caaedd 3383c4d34a.html.
[7]AT89C2051-12PA数据手册pdf[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/10c1fb00a6c30c 2259019ed8.html
[8]1838红外接收头[EB/OL] [2006-5-12]http://bbs.ednchina.com/blog_article_78424.htm.
[9]陈家璧，彭润玲.激光原理及应用[M]北京：电子工业出版社2011.
[10]刘坤,高征红,晁阳.Protel 99SE电路设计实例教程[M].北京:清华大学出版社,2008.
[11]佚名.TL1838功能描述和相关资料[EB/OL] .[2008-07-09].http://www.datasheet5.co m/datasheet_pdf/iyeat-gihfvstg/TL1838/
[12]康华光.电子技术基础模拟部分[M].5版.北京:高等教育出版社,2006.
[13]张友德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验[M].上海:复旦大学出版社,2003.