体积式微光刻技术制造技术

描述了用于体积式微光刻的系统和方法，其中该方法可以包括接收三维目标结构的数据表示，并确定光敏介质体积或构建体积中的多个平面，该多个平面中的每个平面与构建体积中多个深度中的相应深度相关，该多个深度是沿曝光系统的光轴定义。每个平面可以对应于曝光系统的焦平面的可能位置。优选的是，多个深度中的深度是相互不同的。光敏介质可包括用于在光敏介质中引发化学反应的激活化合物，该激活化合物能够被第一波长的光激活。在一个实施方案中，光敏介质可进一步包括用于抑制光敏介质中化学反应的抑制化合物，该抑制化合物能够被不同于第一波长的第二波长的光激活。该方法还可以包括根据三维目标结构的形状和(优选地是)光敏介质的特性，计算曝光图像序列，其中曝光图像序列的每个曝光图像与构建体积中多个平面中的平面有关。每个曝光图像可以与第一波长的光和/或第二波长的光有关。在一个实施方案中，该光可以是强度调制的光。该方法可进一步包括，对于多个平面中的每个焦平面，控制曝光系统将曝光系统的焦平面定位在构建体积中与对应平面相关的深度处，并用与对应平面相关的曝光图像照亮构建体积。光图像照亮构建体积。光图像照亮构建体积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】体积式微光刻技术


[0001]本专利技术涉及体积式微光刻技术，特别是，尽管不是唯一的，涉及用于体积式微光刻技术的方法和系统以及使用这种方法的计算机程序产品。

技术介绍

[0002]在传统的光刻技术中，使用光学掩膜将平面形状的光敏层的部分曝光在一定波长的辐射下，以在该层中形成光聚合的二维结构。这些技术允许高速实现二维结构，其中分辨率受到衍射极限的限制。高分辨率技术，如通过光诱导失活提高分辨率(RAPID)和光抑制超分辨率(PlnSR)，可用于将分辨率推至亚衍射极限。这些高分辨率的无掩模技术包括用两束不同波长的激光对包括光抑制剂的光敏层进行局部曝光。一束激光激活了光聚合，而另一束激光激活了抑制光聚合的抑制剂。这样一来，曝光区以外的不希望发生的聚合就可以得到抑制。虽然可以实现高分辨率的二维结构，但使用激光束直接曝光本身就很慢。此外，浅的三维结构可以用这些二维光刻技术通过在彼此的顶部依次形成层来实现。这样的过程很麻烦，需要仔细对齐各层，这可能会影响分辨率。
[0003]目前，无掩模三维光刻技术，如立体光刻(SLA)和多光子光刻技术已经开发出来，可以在光敏介质中直接实现三维结构。这些技术使用聚焦的激光束在介质的体积内引发局部聚合过程，通常被称为构建体积。这些三维光刻技术在微机电系统(如微流体装置)、微光学和其他三维微尺度系统和集成电路技术等领域有许多潜在的应用，然而目前的技术在分辨率和速度方面仍有缺点。特别是，由于吸收的辐射和由于链式增长的扩散和传播，分辨率受到所需区域外的聚合的影响。
[0004]US4575330A描述了一种SLA光刻系统，该系统包括平面平台，该平面平台位于包含液态可聚合介质的容器中，该介质在某一波长(通常是紫外线)具有高吸收性。该平台被放置在刚好低于介质表面的高度，以便在平台上形成薄的可光聚合介质的表面层。紫外线激光束被控制局部地曝光薄表面层的一部分，从而在平台上形成结构化的聚合层。形成该层后，平台的高度被降低，以便在聚合层上再次形成可光聚合介质的薄表面层。这样一来，就可以逐层地制造出三维结构。然而，逐层制造大大限制了三维结构的制造速度。该技术还受到其他不必要的影响，如表面粗糙度和机械各向异性。需要机械可控和高度稳定的平台来形成薄膜表面层，这使该过程更加复杂。
[0005]同样，US20050254035A描述了一种多光子光刻系统(也称为直接激光光刻系统)，该系统在特殊设计的光敏介质中使用多光子吸收过程，该介质在光谱的近红外(NIR)区域具有高吸收性。只有在短时间内与光引发剂分子吸收的多个光子相互作用时，才会引发光聚合反应。这种技术允许在光敏介质的构建体积内的任何位置进行光聚合。这样一来，就可以制造出三维纳米结构和微结构。这种技术需要精确控制产生高强度聚焦脉冲的激光源，以便对介质中的某个位置进行曝光。虽然可以实现具有小细节的结构，但这种技术很慢，而且只限于非常小的三维微结构和纳米结构。
[0006]因此，从上述情况来看，已知的无掩膜三维光刻技术要么缺乏速度，要么缺乏分辨
率，并且/或者不能扩展到大批量生产。因此，本领域需要改进方法和系统，以便快速实现高分辨率的三维结构，优选是在平面形状的光敏介质中。特别是，本领域需要高分辨率，优选是微米或亚微米分辨率的光刻技术，该技术允许在可选的平面形状的光敏介质中以可调比例的形式快速实现三维结构。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目标是减少或消除现有技术中已知的至少一个缺点。特别是，本公开的实施例的目标是提供一种快速三维制造微尺寸装置的方法。与光刻技术中可实现的复杂性相比，本公开的实施例允许增加可打印结构的复杂性，并且与多光子光刻技术相比，极大地提高了制造速度。特别是，本申请中描述的实施例的方法和系统通过(数字)投影系统，优选地是无罩投影系统，允许快速形成高分辨率的任意形状的三维结构，该系统被配置为将光敏介质曝光于曝光图像的序列，所述曝光图像的序列包括聚焦在光敏介质中的深度范围处的一个或多个波长的光。因此，该曝光系统定义了与深度范围相对应的焦平面的范围。为了到达深度范围内的每个焦平面，光可以通过光敏介质的至少一部分传播。优选地是，该系统包括具有动态可调焦距的光学元件，允许在光敏介质中快速移动焦平面。事实上，为共焦显微镜开发的成像系统可以在进行一些改变后使用，以促进这种制造方法。此外，允许主动终止或抑制聚合反应的技术提供了一种适合提高新型微制造技术的定义的方法。该系统可包括用于执行此类方法的计算机。
[0008]在一个方面，本专利技术可涉及一种用于在光敏介质中形成三维目标结构，如聚合物三维目标结构的体积式微光刻方法。所述方法可以包括接收三维目标结构的数据表示，并确定光敏介质体积或构建体积中的多个平面，该多个平面中的每个平面与构建体积中多个深度中的相应深度相关，该多个深度沿曝光系统的光轴定义。平面可以对应于曝光系统的焦平面的可能位置。优选的是，多个深度中的深度是相互不同的。光敏介质可以包括用于在光敏介质中引发化学反应的激活化合物，该激活化合物可被第一波长的光激活。在一个实施例中，光敏介质可进一步包括用于抑制光敏介质中化学反应的抑制化合物，该抑制化合物可被不同于第一波长的第二波长的光激活。该方法还可以包括根据三维目标结构的形状和优选地是光敏介质的特性和/或曝光系统的规格，计算曝光图像的序列，其中曝光图像的序列的每个曝光图像与构建体积中多个平面中的平面相关。每个曝光图像可与第一波长的光和/或第二波长的光相关。在一个实施例中，该光可以是强度调制的光。该方法可进一步包括，基于多个平面的至少一部分，控制曝光系统将曝光系统的焦平面定位在构建体积中与相应平面相关的深度，并以与相应平面相关的曝光图像照射构建体积。
[0009]光敏介质的特性可包括光学特性和化学特性。光学特性可包括以下一项或多项：光的吸收、折射或散射，以及可选的，介质对光的反应性。化学特性可包括与光强度相关的化学反应速率。计算也可以基于曝光系统的光学规格，通常表示为点扩散函数、光学传递函数或脉冲响应，确定光在构建体积内传播的几何形状。曝光系统的光学规格可以包括以下一项或多项：聚焦深度、空间分辨率和(源)光强度。
[0010]由于用于体积式微光刻的技术和设备可能与用于共焦显微镜的技术和设备相似，体积式微光刻也可以被称为共焦光刻技术。
[0011]在一个实施例中，构建体积中的多个平面中的每个平面可以垂直于或基本垂直于
曝光系统的光轴。
[0012]在一个实施例中，三维目标结构可以与基本上是平面形状的三维结构相关，即，物体在一个维度上，通常是在曝光系统的光轴方向上的维度(如Z轴)，比在其他两个维度上，通常是横向维度(即，在垂直于光轴的平面上的维度，如X
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Y平面)要小很多。这种三维结构可用于许多应用，包括例如微机电系统(MEMS)、微流控系统、电池和光伏。三维目标结构可以是最终物体的正像或负像。例如，最终物体可以是结构本身，也可以通过用不同的材料填补三维目标结构产生的空隙而形成，三维目标结构基本上可以作为模具。将结构从三维目标结构转换成最终物体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种体积式微光刻技术的方法，包括接收三维目标结构的数据表示；确定构建体积中的光敏介质体积中的多个平面，所述多个平面中的每个平面与构建体积中多个深度中的相应深度相关，所述多个深度沿曝光系统的光轴定义，每个平面与曝光系统的焦平面的可能位置相对应，所述多个深度中的深度相互不同，光敏介质包括用于在光敏介质中引发化学反应的激活化合物，以及用于抑制化学反应的抑制化合物，所述激活化合物能够由第一波长的光激活，所述抑制化合物优选地能够由不同于第一波长的第二波长的光激活；基于三维目标结构的形状，并且优选地是光敏介质的特性和/或曝光系统的规格，计算曝光图像的序列，所述曝光图像的序列中的每个曝光图像与多个平面中的平面相关，并且每个曝光图像包括第一波长的光和/或第二波长的光，优选地是强度调制的光；以及基于多个平面中的至少一部分，控制曝光系统以将曝光系统的焦平面定位在构建体积中与相应平面相关的深度处，并用与相应平面相关的曝光图像照射所述构建体积。2.如权利要求1所述的方法，其中光敏介质包括光刻胶，优选地是光聚合物光刻胶、光交联光刻胶或光分解光刻胶。3.如权利要求1或2所述的方法，其中控制曝光系统以定位曝光系统的焦平面包括曝光系统调整曝光系统的焦距和/或相对于曝光系统移动构建体积。4.如权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中控制曝光系统以用与相应平面相关的曝光图像照射构建体积包括：控制第一和/或第二光源以生成第一和/或第二波长的光并控制空间光调制器以根据曝光图像调制所述光；或控制可控显示器以根据曝光图像的图案生成第一和/或第二波长的光。5.如权利要求1
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4中任一项所述的方法，进一步包括：将所述结构转移到最终对象上，优选地使用化学或物理气相沉积或溅射。6.如权利要求1
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5中任一项所述的方法，进一步包括：将所述构建体积划分为多个块，多个块中的每个块具有不大于曝光系统的视场的横向范围；以及根据块的尺寸沿横向范围的一个或多个方向相对于曝光系统移动构建体积；以及其中计算曝光图像的序列进一步包括计算多个块中每个块的曝光图像的序列。7.如权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中三维目标结构包括多个相同的点状、线状或片状结构；以及其中计算曝光图像的序列包括根据点状、线状或片状结构确定用于引发化学反应的核，所述核优选包括一个或多个编码第一波长的光的像素和一个或多个编码第二波长的光的像素的图案，以及在一个或多个曝光图像中重复所述核。8.如权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中计算曝光图像的序列S0包括基于用于预测由投射到光敏介质中的曝光图像的序列引起的化学反应速率的模型计算曝光图像的序列，优选地是衰减光敏介质，所述计算优选地包括求解其中是的逆，并且其中P0(x，y，z)是在具有空间坐标{x，y，z}的构建体积中的位置处的目标化学
反应速率。9.如权利要求8所述的方法，其中是线性传播模型和线性聚合模型的组合，并且其中求解包括计算的显式逆。10.如权利要求8所述的方法，其中求解包括迭代计算近似解S0，所述计算包括最小化目标化学反应速率P0与由用曝光图像的序列S0照射构建体积而实现的化学反应速率P(S0)之间的差，或者其中求解包括确定或的近似值，优选地基于卷积。11.如权利要求1
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10中任一项所述的方法，进一步包括：探测曝光图像的光，所述光已与光敏介质相互作用，优选地所述光透射通过光敏介质，或所述光被介质反射或散射，或所述光被光敏介质重新发射；以及使用所探测的光来确定光敏介质的光学特性。12.如权利要求11所述的方法，进一步包括基于确定的光学特性和预测的光学特性之间的差更新计算的曝光图像的序列。13.如权利要求1
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12中任一项所述的方法，其中计算曝光图像的序列包括为多个平面中的每个平面计算多个曝光图像，每个曝光图像与多个物镜中的不同物镜或与配置为在相对于构建体积的多个位置之间移动的物镜的不同位置相关，一个或多个物镜被配置为照射构建体积，优选地，多个物镜，相应地多个位置，被配置为获得大于一个或多个物镜中的每个物镜的数值孔径的有效数值孔径。14.一种用于体积式微光刻系统的计算模块，包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质具有在其上体现的一部分程序，以及处理器，优选地是与计算机可读存储介质耦合的微处理器，其中响应于执行计算机可读存储代码，所述处理器被配置为执行可执行操作，所述可执行操作包括：接收三维目标结构的数据表示；确定构建体积中的光敏介质体积中的多个平面，所述多个平面中的每个平面与构建体积中多个深度中的相应深度相关，所述多个深度沿曝光系统的光轴定义，每个平面与曝光系统的焦平面的可能位置相对应，所述多个深度中的深度相互不同，光敏介质包括用于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：光合有限责任公司，
类型：发明
国别省市：