三维微纳结构光刻系统及其方法技术方案

一种三维微纳结构光刻系统，包括数字掩模装置、空间光调制器、投影物镜和旋转工作台，数字掩模装置与空间光调制器电性连接，投影物镜设置于空间光调制器与旋转工作台之间，旋转工作台用于固定待光刻的基片；数字掩模装置用以生成数字掩模，数字掩模包括图形曝光区，数字掩模装置将数字掩模上传至空间光调制器，空间光调制器用以显示数字掩模，空间光调制器发出的光经过图形曝光区后射向投影物镜，图形曝光区的高度与曝光剂量呈正比；投影物镜将图形光投影在基片上，旋转工作台驱使基片转动曝光。本发明专利技术的三维微纳结构光刻系统，结构简单、精度高、成本低、快速高效。本发明专利技术还涉及一种三维微纳结构光刻方法。微纳结构光刻方法。微纳结构光刻方法。

【技术实现步骤摘要】
三维微纳结构光刻系统及其方法


[0001]本专利技术涉及微纳结构光刻
，特别涉及一种三维微纳结构光刻系统及其方法。

技术介绍

[0002]三维微纳结构的加工技术属于微纳制造领域中比较常见，同时又具备一定技术门槛的
，目前常用的三维微结构加工技术包括：掩模套刻曝光、电子束曝光、激光直写光刻、金刚石刀具精密加工等。其中，掩模套刻技术面临套刻精度和掩模板昂贵等问题，且工艺流程复杂；电子束或激光束直写技术属于逐点加工技术，加工效率低且成本高，不利于批量加工；金刚石刀具精密加工技术的加工精度和形状受制于金刚石刀头，难以加工出高精度和高深宽比的微纳结构。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种三维微纳结构光刻系统，结构简单、精度高、成本低、快速高效。
[0004]一种三维微纳结构光刻系统，包括数字掩模装置、空间光调制器、投影物镜和旋转工作台，其中：
[0005]数字掩模装置与空间光调制器电性连接，投影物镜设置于空间光调制器与旋转工作台之间，旋转工作台用于固定待光刻的基片；
[0006]数字掩模装置用以生成数字掩模，数字掩模包括图形曝光区，数字掩模装置将数字掩模上传至空间光调制器，空间光调制器用以显示数字掩模，光经过空间光调制器上的图形曝光区后射向投影物镜，图形曝光区的高度与曝光剂量呈正比；
[0007]投影物镜将图形光投影在基片上，旋转工作台驱使基片转动曝光。
[0008]在本专利技术的实施例中，上述三维微纳结构光刻系统还包括控制系统，所述控制系统与所述投影物镜、所述旋转工作台电性连接，所述控制系统用以调节控制所述旋转工作台的转速。
[0009]在本专利技术的实施例中，上述三维微纳结构光刻系统还包括光源，所述光源用以为所述空间光调制器提供光，所述光源与所述控制系统电性连接，所述控制系统用以调节控制所述光源的光强。
[0010]在本专利技术的实施例中，上述三维微纳结构光刻系统还包括准直透镜，所述准直透镜设置于所述光源的出光方向上，所述光源发出的光线经过所述准直透镜后射向所述空间光调制器。
[0011]本专利技术还提供一种三维微纳结构光刻方法，所述方法包括:
[0012]提供数字掩模装置，利用所述数字掩模装置生成数字掩模，所述数字掩模包括图形曝光区；
[0013]提供空间光调制器，将所述数字掩模上次至所述空间光调制器，利用所述空间光
调制器显示所述数字掩模时，光线从所述图形曝光区射出，通过调节所述图形曝光区的长度，实现调节曝光剂量，所述图形曝光区的长度与曝光剂量成正比；
[0014]提供投影物镜，利用所述投影物镜将图形光投影在待光刻的基片上；
[0015]提供旋转工作台，利用所述旋转工作台承载固定所述基片，所述旋转工作台驱使所述基片转动曝光。
[0016]在本专利技术的实施例中，提供控制系统，利用所述控制系统调节控制所述旋转工作台的转速，通过调节所述工作台的转速，调节曝光剂量，所述工作台的转速与曝光剂量成反比。
[0017]在本专利技术的实施例中，提供光源，利用所述光源为所述空间光调制器提供光，利用所述控制系统调节控制所述光源的光强，通过调节所述光源的光强，调节曝光剂量，所述光源的光强与曝光剂量成正比。
[0018]在本专利技术的实施例中，提供准直透镜，所述准直透镜设置于所述光源的出光方向上，利用所述准直透镜准准直光线。
[0019]在本专利技术的实施例中，将所述基片固定在所述旋转工作台前，在所述基片表面涂覆光刻胶，并对所述基片进行烘烤，温度85～110℃，时间1～60min。
[0020]在本专利技术的实施例中，利用碱性显影液对曝光后的所述基片进行显影，显影液浓度为0.6％～1％，显影液温度为20～24℃，显影时间为30～150s；
[0021]对显影后的所述基片进行冲洗、吹干，使所述基片表面形成三维微纳结构。
[0022]本专利技术的三维微纳结构光刻系统与金刚石车床加工相比，分辨率高出1-2个数量级，光刻分辨率可达到0.1um。而且，本专利技术的三维微纳结构光刻系统与掩模套准光刻、灰度掩模曝光相比，本系统光刻出的三维结构更加光滑，且效率更高、成本更低。
附图说明
[0023]图1是本专利技术第一实施例的三维微纳结构光刻系统的示意图。
[0024]图2是三维微纳结构光刻系统光刻形成的三维微纳结构的局部示意图。
[0025]图3是本专利技术第二实施例的数字掩模装置生成的数字掩模的示意图。
[0026]图4是本专利技术第二实施例的三维微纳结构光刻系统光刻形成的三维微纳结构的平面示意图。
[0027]图5是图4所示的三维微纳结构的剖视示意图。
[0028]图6是本专利技术第三实施例的数字掩模装置生成的数字掩模的示意图。
[0029]图7是本专利技术第四实施例的数字掩模装置生成的数字掩模的示意图。
[0030]图8是本专利技术第五实施例的数字掩模装置生成的数字掩模的示意图。
[0031]图9是本专利技术第六实施例的数字掩模装置生成的数字掩模的示意图。
具体实施方式
[0032]第一实施例
[0033]图1是本专利技术第一实施例的三维微纳结构光刻系统的示意图，图2是三维微纳结构光刻系统光刻形成的三维微纳结构的局部示意图，如图1和图2所示，三维微纳结构光刻系统包括数字掩模装置11、空间光调制器12、投影物镜13和旋转工作台14，其中：
[0034]数字掩模装置11与空间光调制器12电性连接，投影物镜13设置于空间光调制器12与旋转工作台14之间，旋转工作台14用于固定待光刻的基片21；
[0035]数字掩模装置11用以生成数字掩模101，数字掩模101包括图形曝光区101a，数字掩模装置11将数字掩模101上传至空间光调制器12，空间光调制器12用以显示数字掩模101，光经过空间光调制器12上的图形曝光区101a后射向投影物镜13，图形曝光区101a的高度h与曝光剂量呈正比；
[0036]投影物镜13将图形光投影在基片21上，旋转工作台14驱使基片21转动曝光。在本实施例中，旋转工作台14可采用真空吸附的方式固定基片21，但并不以此为限。
[0037]值得一提的是，投影物镜13首先将图形光投影在基片21的中心区域，且图形光的边缘与基片21的中心重合，当旋转工作台14驱使基片21转动一周后停止转动，此时空间光调制器12停止曝光；
[0038]接着投影物镜13沿径向向外移动一个周期的距离，此时旋转工作台14驱使基片21再次转动一周，同时空间光调制器12继续曝光，依次类推，直到完成整个幅面的扫描曝光；
[0039]之后利用碱性显影液(例如TMAH、KOH、NaOH)对曝光后的基片21进行显影，显影液浓度为0.6％～1％，显影液温度为20～24℃，显影时间为30～150s；
[0040]最后对显影后的基片21进行冲洗、吹干，使基片21表面形成三维微纳结构211，且所述三维微纳结构211呈圆环形对称形状。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维微纳结构光刻系统，其特征在于，包括数字掩模装置、空间光调制器、投影物镜和旋转工作台，其中：所述数字掩模装置与所述空间光调制器电性连接，所述投影物镜设置于所述空间光调制器与所述旋转工作台之间，所述旋转工作台用于固定待光刻的基片；所述数字掩模装置用以生成数字掩模，所述数字掩模包括图形曝光区，所述数字掩模装置将数字掩模上传至所述空间光调制器，所述空间光调制器用以显示所述数字掩模，光经过所述空间光调制器上的所述图形曝光区后射向所述投影物镜，所述图形曝光区的高度与曝光剂量呈正比；所述投影物镜将图形光投影在所述基片上，所述旋转工作台驱使所述基片转动曝光。2.如权利要求1所述的三维微纳结构光刻系统，其特征在于，所述三维微纳结构光刻系统还包括控制系统，所述控制系统与所述投影物镜、所述旋转工作台电性连接，所述控制系统用以调节控制所述旋转工作台的转速。3.如权利要求2所述的三维微纳结构光刻系统，其特征在于，所述三维微纳结构光刻系统还包括光源，所述光源用以为所述空间光调制器提供光，所述光源与所述控制系统电性连接，所述控制系统用以调节控制所述光源的光强。4.如权利要求3所述的三维微纳结构光刻系统，其特征在于，所述三维微纳结构光刻系统还包括准直透镜，所述准直透镜设置于所述光源的出光方向上，所述光源发出的光线经过所述准直透镜后射向所述空间光调制器。5.一种三维微纳结构光刻方法，其特征在于，所述方法包括:提供数字掩模装置，利用所述数字掩模装置生成数字掩模，所述数字掩模包括图形曝光区；提供空间光调制器，将所述数字掩模...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵仁锦，浦东林，朱鹏飞，张瑾，朱鸣，徐顺达，吕帅，陈林森，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：