[發明專利]一種基于CCD成像檢焦對準的微結構加工方法和裝置

在審

• 申請號: 202110751586.5
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113391527A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 杜佳林;嚴偉;王雨萌;張仁彥;劉敏;李凡星;王健;余斯洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明公開了一種基于CCD成像檢焦對準的微結構加工方法和裝置，通過設計光路使CCD與DMD共軛，當硅片處于焦面位置時，DMD上圖案通過遠心成像系統在硅片上成像清晰，同時由于CCD與DMD共軛，故硅片上的圖案在CCD上也成像清晰，從而可以利用該共軛關系，以CCD上成像清晰度作為DMD曝光焦面的位置檢測。本發明提出的基于CCD成像檢焦對準的微結構加工方法和裝置在保證DMD微結構加工檢焦和對準的同時，可實現光刻過程中的實時成像，能夠滿足任意時刻在硅片的任意位置實現任意圖案的曝光光刻，便于各種二維材料的加工，且整機系統結構緊湊。

技術領域

本發明屬于微納加工領域，主要利用DMD可編程性和CCD成像，提供了一種基于CCD成像檢焦對準的微結構加工方法和裝置，實現任意時刻在硅片的任意位置實現任意圖案的曝光光刻，同時結構緊湊小巧，方便攜帶，特別適用于微米級二維材料的制備。

背景技術

微納結構在微觀尺度顯現出完全不同于宏觀世界的獨特性能，在新材料新能源、生物醫藥、航空航天、半導體制造等高新技術領域有著廣泛的應用，已經成為當前研究和生產的熱點。微納加工技術作為微納領域的重要組成部分，直接涉及微米、納米級等微納結構的制備，已經成為了微納領域中的一個重點研究內容，發展出了各式各樣的微納加工方法或系統。而常用的微納加工設備，往往體積龐大、不便攜帶，且制造成本高，這極大地限制了其應用場景和應用范圍。故探索結構緊湊、性能穩定和成本低的微納加工方法已成為當前微納領域的重要發展趨勢。

目前微納結構加工方法主要包括直寫式光刻、物理掩模光刻和數字掩膜光刻等。其中直寫式光刻雖然可以加工納米量級的微結構，但其加工方式是逐點掃描，導致其工作效率低，不適用于大批量或大尺寸的3D微結構制備。物理掩模光刻技術利用光學投影成像系統，將物理掩模板上的圖案轉移到曝光物面上，盡管其光刻加工技術已發展成熟，但每種掩模板只能加工一種微結構，其靈活性受限，難以應對制造數量少但種類繁多的微納加工新趨勢，同時其物理掩模都是通過分辨率較高的直寫光刻系統加工的，其制造成本相對較高。

而數字掩模光刻，使用數字微鏡器件(DMD)作為數字電子掩模，代替了傳統的物理掩模，可以實現計算機可控的任意圖案光刻，極大了降低掩模加工的制造成本，我們只需要針對不同的結構設計出相應的圖案，即可通過計算機控制數字微鏡器件進行光刻曝光。而目前的基于DMD無掩膜光刻加工的系統，大多數都需要單獨設計一套檢焦系統和一套對準系統，導致結構較為復雜，體積較為龐大，不便攜帶，同時檢焦和對準系統的存在也增加了制造成本，限制了其應用場景及應用范圍，同時曝光硅片上的圖案無法實時觀測和定位，不利于快速多次曝光光刻，增加了曝光加工的工藝流程，制備效率較低。

發明內容

為了解決上述無掩膜光刻技術的不足，本發明提出了一種基于CCD成像檢焦對準的微結構加工方法和裝置，在原有的DMD無掩膜加工技術基礎上，用CCD成像光路系統代替了檢焦和對準光路系統，將圖像檢焦技術應用在微納加工領域，對CCD采集的圖像信息進行處理，分析曝光物面的位置信息，在進行曝光物面實時成像的同時，實現DMD無掩膜加工的焦面檢測及對準，極大地簡化了系統結構，降低了系統制造和微結構加工成本，能夠在任意時刻任意地方在曝光樣片都任意區域進行任意圖案地曝光，滿足了絕大多數領域的應用需求。

為實現上述目的，本發明基于圖像檢焦技術，提出了一種CCD成像檢焦對準的微結構加工方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：利用勻光系統，將LED發出的365nm紫光進行勻化處理，均勻的投射到DMD靶面上，使其照明均勻；所述勻光系統的組成部件包括非球面鏡、蠅眼透鏡陣列和匯聚透鏡；

其中，設計和調整非球面鏡、蠅眼透鏡陣列和匯聚透鏡三者之間的距離及蠅眼透鏡陣列的形狀，以便最大可能的利用蠅眼透鏡陣列區域，將LED發出的365nm波長的紫光進行勻化處理，并適用能量探測器測量其勻光的效果，以便DMD靶面被均勻照明；