[發明專利]基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統及方法

在審

• 申請號: 201711041925.0
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107908077A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 李木軍;季超;朱俊杰;邱金峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,付久春

1.一種基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統，其特征在于，包括：

執行機構、控制系統和光學系統；其中，

所述執行機構包括：旋轉運動機構和直線進給機構；所述旋轉運動機構設置在所述直線進給機構上，所述旋轉運動機構上設有能安裝輥壓模具毛坯的剛性柱面基底的承接單元，所述執行機構能帶動所安裝的輥壓模具進行旋轉分運動和直線進給分運動；

所述控制系統與所述執行機構通信連接，能控制所述執行機構帶動所安裝的輥壓模具進行旋轉分運動和直線進給分運動；

所述光學系統包括：計算機、DMD數字掩膜、照明子系統、調焦子系統和投影成像子系統；其中，所述計算機分別與所述DMD數字掩膜和調焦子系統通信連接，所述DMD數字掩膜、調焦子系統和投影成像子系統依次設在所述照明子系統的光路上，所述投影成像子系統的曝光輸出端對應照射于所述執行機構的剛性柱面基底所需曝光區域上。

2.根據權利要求1所述的基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統，其特征在于，所述執行機構具體包括：所述轉運動機構、微調機構、所述直線進給機構、基座安裝板和平臺；其中，

所述旋轉運動機構和微調機構通過所述基座安裝板連接在所述直線進給機構上；

所述直線進給機構安裝在所述平臺上；

所述旋轉運動機構包括：伺服電機，設在電機支架上，設在所述微調機構上的軸承座，設在所述伺服電機和所述軸承座之間的聯軸器，所述軸承座里設置軸承，所述軸承上安裝所述輥壓模具毛坯。

3.根據權利要求2所述的基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統，其特征在于，所述微調機構采用精密升降臺，設在所述基座安裝板上；

所述直線進給機構采用高精度重載電控位移臺，設在所述平臺上。

4.根據權利要求2至3任一項所述的基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統，其特征在于，所述執行機構中，

所述剛性柱面基底為黃銅材質制成的剛性柱面基底；

所述聯軸器為具有偏心補償的一體成型的金屬彈性聯軸器；

所述軸承為高精度雙軸承；

所述軸承座設在軸承座安裝板上，所述軸承座安裝板設在所述高精度重載電控位移臺與軸承座之間；

所述輥壓模具毛坯安裝在所述軸承座中跟所述軸承呈過渡配合。

5.根據權利要求1至3任一項所述的基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統，其特征在于，所述控制系統包括：

上位機模塊、下位機模塊和通訊模塊；其中，

所述上位機模塊與下位機模塊通信連接；

所述下位機模塊經所述通訊模塊與所述執行機構的旋轉運動機構和直線進給機構電氣連接。

6.根據權利要求4所述的基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統，其特征在于，所述上位機模塊包括：運行于電腦端的設有用戶界面的控制軟件；

所述下位機模塊包括：電機控制模塊和電機驅動器；

所述通訊模塊包括：USART串口通訊協議。

7.根據權利要求1至3任一項所述的基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光系統，其特征在于，所述光學系統的照明子系統包括：

光源、光導管和準直調節器；其中，

所述光源的光輸出端經光導管與準直調節器22連接，所述準直調節器的出輸出端朝向所述DMD數字掩膜；

所述光學系統的投影成像子系統包括：

消色差雙膠合透鏡、反射鏡和投影物鏡；其中，

所述消色差雙膠合透鏡與投影物鏡之間設置反射鏡組成4f雙遠心光路，所述消色差雙膠合透鏡的光路經反射鏡反射90度后傳輸至投影物鏡；

所述光學系統的調焦子系統包括：

分光棱鏡和CCD；其中，

所述分光棱鏡設在所述投影成像子系統的消色差雙膠合透鏡與反射鏡之間；所述CCD設在所述分光棱鏡的光輸出通路上。

8.一種基于數字微鏡器件無掩膜光刻的旋轉式曝光方法，用于在剛性柱面基底的輥壓模具毛坯上加工棱條微結構，其特征在于，采用上述權利要求1至6任一項的旋轉式曝光系統，包括以下步驟：

先在所述系統的執行機構的剛性柱面基底上涂覆一層光刻膠，進行烘干操作后在剛性柱面基底表面形成一層干膜，完成輥壓模具毛坯制作；

前準備階段：將所述輥壓模具毛坯安裝在所述執行機構的旋轉運動機構上，將所述系統的光學系統的DMD數字掩膜設為一幀圖形，圖形只允許正中間有一條狹縫透過UV紫外光；

驅動所述執行機構的直線進給機構使得剛性柱面基底邊緣運動到狹縫正下方，剛性柱面基底運動方向應與狹縫方向保持平行，完成輥壓模具加工前準備工作；

加工階段：所述執行機構的直線進給機構帶動剛性柱面基底按照所述控制系統程序設定的速度V緩慢前進，同時，UV紫外光透過狹縫均勻照射在剛性柱面基底的棱線L1上，在經過一個行程后，棱線L1上所有區域均被曝光，此時，所述執行機構的旋轉運動機構按照所述控制系統程序設定轉動相應的角度，同時，直線進給機構按照程序設定反轉，帶動剛性柱面基底做速度相同的回程運動，開始棱線L2的加工；

按照上述流程循環至棱線Ln，則在剛性柱面基底上均勻曝光n條棱線區域，經過顯影處理，在剛性柱面基底表面會出現均勻分布的棱條微結構，即完成輥壓模具上微結構的制作。