[發(fā)明專利]一種多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910673003.4
• 申請(qǐng)日: 2019-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110449743A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐應(yīng)龍;湯暉;李偉健;廖智燊;陳桪;高健;陳新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/362
• 分類號(hào): B23K26/362;B23K26/067;B23K26/064;B23K26/08;G03F7/20
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 林麗明<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)領(lǐng)域，提出一種多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的激光器、分光器、擺鏡、宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，以及用于根據(jù)導(dǎo)入的加工模型分析得到相應(yīng)的加工區(qū)域路徑分別對(duì)各部件發(fā)送控制信號(hào)的控制器，其中激光器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整光路的焦點(diǎn)和高度，擺鏡根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行偏擺，宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還提出一種多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工方法。本發(fā)明通過(guò)分光器將單激光束分為若干個(gè)激光束進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)加工，結(jié)合擺鏡的偏擺運(yùn)動(dòng)及宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)三微納米直寫(xiě)加工，能夠有效提高加工效率，實(shí)現(xiàn)同時(shí)兼顧直寫(xiě)加工技術(shù)的寫(xiě)入分辨力和衍射效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

多光子聚合激光直寫(xiě)加工技術(shù)是一種無(wú)需掩膜的三維光刻技術(shù)，其基本工作原理是由計(jì)算機(jī)控制高精度激光束或樣品掃描，在光刻膠上或光敏材料上刻寫(xiě)出掩膜圖形。因此，多光子聚合激光直寫(xiě)加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于集成電路制造、微光學(xué)元件加工、MEMS、光學(xué)檢測(cè)、光學(xué)防偽及天文、航天、航空、印刷所需的光學(xué)元件等多個(gè)行業(yè)中，且在納米級(jí)的電子、光子和微流體器件的制作方面，該技術(shù)能夠與現(xiàn)有工藝競(jìng)爭(zhēng)。

然而，傳統(tǒng)的激光直寫(xiě)裝置由于受單路激光刻寫(xiě)的限制，存在效率低、成本高、只能應(yīng)用于微小尺寸器件的生產(chǎn)和制備等問(wèn)題。由于傳統(tǒng)的激光直寫(xiě)技術(shù)采用單點(diǎn)曝光模式，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較高的寫(xiě)入效率，而近年興起的多點(diǎn)曝光并行激光直寫(xiě)技術(shù)，被廣泛認(rèn)為是最有潛力能夠解決上述問(wèn)題的激光直寫(xiě)技術(shù)。但目前該技術(shù)仍然存在寫(xiě)入分辨力和衍射效率不能兼顧、基線漂移等亟需解決的科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，制約和影響了多點(diǎn)曝光并行激光直寫(xiě)技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的多點(diǎn)曝光并行激光直寫(xiě)技術(shù)不能兼顧寫(xiě)入分辨力和衍射效率，存在基線漂移的缺陷，提供一種多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工系統(tǒng)，通過(guò)分光器將單激光束分為若干個(gè)激光束進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)加工，結(jié)合擺鏡的偏擺運(yùn)動(dòng)及宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)三微納米直寫(xiě)加工，能夠有效提高加工效率，實(shí)現(xiàn)同時(shí)兼顧直寫(xiě)加工技術(shù)的寫(xiě)入分辨力和衍射效率。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的激光器、分光器、擺鏡、宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，以及用于根據(jù)導(dǎo)入的加工模型分析得到相應(yīng)的加工區(qū)域路徑分別對(duì)激光器、擺鏡、宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)發(fā)送控制信號(hào)的控制器，其中激光器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整光路的焦點(diǎn)和高度，擺鏡根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行偏擺，宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)；激光器發(fā)出的入射激光經(jīng)過(guò)分光器后得到多束并行激光，多束并行激光經(jīng)過(guò)擺鏡后投射到放置有光敏材料的宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)根據(jù)所述控制信號(hào)進(jìn)行宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)，并將宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位置信息向控制器進(jìn)行反饋。

本技術(shù)方案中，采用分光鏡將入射的單激光束分為多個(gè)激光束，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)加工，在同一時(shí)刻實(shí)現(xiàn)多個(gè)相同的具有陣列式排布特點(diǎn)的三維微納米結(jié)構(gòu)加工；擺鏡根據(jù)控制器輸出的控制信號(hào)作偏擺運(yùn)動(dòng)，結(jié)合宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)根據(jù)控制信號(hào)進(jìn)行的宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使激光焦點(diǎn)在光敏材料上實(shí)現(xiàn)滿足加工路徑的微小移動(dòng)。

優(yōu)選地，分光器為柱面微透鏡陣列。

優(yōu)選地，宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為X-Y-Z宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其中包括從下至上依次設(shè)置的宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)設(shè)備支撐平臺(tái)、宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)Y軸、宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)X軸、宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)Z軸微動(dòng)裝置，光敏材料設(shè)置在宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)Z軸微動(dòng)裝置的上表面。

優(yōu)選地，宏微運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用模型參考自適應(yīng)控制算法將所述多數(shù)并行激光的入射位置信息反饋到控制器，實(shí)現(xiàn)多維跨尺度協(xié)同控制。

本發(fā)明還提出一種多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工方法，應(yīng)用上述多光子聚合面成型三維納米直寫(xiě)加工系統(tǒng)，包括以下步驟：