【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学、显微技术、微纳结构相结合的，具体涉及一种无掩膜微纳结构加工装置及加工方法，使用特定的可光固化预聚合物，简化了传统的dmpl无掩膜光刻技术流程，降低了成本，提高了加工精度和稳定性。
技术介绍
1、传统的微纳结构制造领域主要依赖于掩膜光刻、纳米压印及自组装等核心技术。其中，掩膜光刻技术通过精密的掩膜板，将预设图形准确地复制到光敏记录材料（即光刻胶）上，进而通过刻蚀工艺，将图形精准地转移到晶圆片或基底材料上，以制作出电子电路、微流控器件及光学衍射元件等复杂微纳结构。纳米压印技术则利用机械方式，将模板上的微细结构直接转移到待加工材料表面，其加工精度已达纳米级别，超越了传统光刻技术的分辨率极限。然而，这两种技术均需依赖电子束刻蚀来制备昂贵的定制模板，其高昂的成本限制了它们的广泛应用。自组装技术则依赖于分子、原子等纳米微粒间的相互作用力，自发地形成特定结构，虽具有独特的优势，但在精确控制方面仍存在挑战。
2、随着微纳结构制造需求的持续增长，研究人员开始寻求低成本、易更改设计的制造方法，无掩膜光刻技术因此逐渐受到瞩目。无掩膜光刻技术主要分为带电粒子无掩膜光刻（如扫描电子束光刻、聚焦离子束光刻）和光学无掩膜技术（如dmd无掩膜光刻、飞秒激光直写、干涉光刻）。尽管干涉光刻等光学无掩膜技术为制造周期性微纳结构提供了简单、廉价的方法，但对于复杂结构的制造仍然受限。而飞秒激光直写等技术，虽具备高线宽分辨率，但其设备成本高昂，且点对点的工作方式限制了加工效率。数字微镜器件（dmd）作为一种空间光调制器，在数字光处理技术（d
3、然而，dmpl技术也面临诸多挑战，包括衍射极限导致的艾里斑问题、dmd像素间缝隙导致的曝光不均匀以及曝光面积与线宽之间的权衡关系。为克服这些挑战，研究人员设计了更复杂的光学元件、采用更精密的机械结构以及替换更高倍率的物镜等方法。尽管这些方法在一定程度上提升了光刻质量和线宽分辨率，但同时也引入了新的问题，如设备成本增加、操作难度提升以及设备集成与小型化的困难。此外，传统基于dmpl无掩膜光刻包括：衬底预处理（清洗与烘干）；光刻胶涂覆；软烘（前烘）；对准和曝光；曝光后烘焙（后烘）；显影；坚膜烘焙（硬烘）；刻蚀或离子注入；去胶等步骤，流程复杂。因此，研发一种简单、灵活、高效、低成本且具备高线宽分辨率的无掩膜光刻技术，以实现具有特定需求的微纳结构制备，成为当前微纳制造领域的迫切需求。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种无掩膜微纳结构加工装置及加工方法，使用特定的可光固化预聚合物构筑各种微纳结构，与传统的无掩膜光刻方式相比，本专利技术具有简洁性、灵活性、高效能、低成本及优异的分辨率等优势。
2、本专利技术是这样实现的，提供一种无掩膜微纳结构加工装置，包括近紫外光源、第一准直透镜、数字微镜阵列、二次缩放组件和物镜；第一准直透镜设置在近紫外光源的光发出点前方，数字微镜阵列设置在第一准直透镜的出射光光路上，数字微镜阵列按照内部预设的微纳结构数字掩膜信息调控入射光，形成具有目标图案的出射光，二次缩放组件设置在数字微镜阵列的出射光光路上，物镜设置在二次缩放组件的出射光光路上，物镜的出射光照射在待加工微纳结构的基底上。
3、优选的，还包括反馈组件，反馈组件包括可见光光源、第二准直透镜、二向色镜、非偏振分束立方、第一透镜和ccd，第二准直透镜设置在可见光光源的光发出点前方，穿过第二准直透镜和所述第一准直透镜的光互相垂直，在相交点设置二向色镜，从二向色镜出来的光为所述数字微镜阵列的入射光，非偏振分束立方设置在所述二次缩放组件与所述物镜之间的光路上，非偏振分束立方发出的两束出射光一路进入到物镜中，另一路穿过第一透镜投射在ccd上。
4、进一步优选，所述可见光光源和所述近紫外光源内均设有六角匀光棒。
5、进一步优选，所述二次缩放组件（即4f缩放系统）包括第二透镜和第三透镜，第二透镜设置在所述数字微镜阵列的出射光光路上，第三透镜设置在第二透镜的出射光光路上。
6、进一步优选，在所述第二透镜和所述第三透镜之间设有小孔结构。
7、进一步优选，还包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜设置在所述第一准直透镜的出射光光路上，经过第一反射镜反射的光进入所述数字微镜阵列，第二反射镜设置在所述二次缩放组件的出射光光路上，经过第二反射镜反射的光进入到所述物镜。
8、进一步优选，所述数字微镜阵列的+12°反射光进入所述二次缩放组件。
9、本专利技术还提供一种无掩膜微纳结构加工方法，基于上述的无掩膜微纳结构加工装置，所述方法包括以下步骤：
10、步骤1：利用旋涂法将可光固化预聚合物在所述基底上均匀涂布，确保液层的厚度一致性；
11、步骤2：根据所需微纳结构设计数字掩膜信息，将数字掩膜信息加载到所述数字微镜阵列上；
12、步骤3：开启所述近紫外光源、所述可见光光源，分别通过所述第一准直透镜、所述第二准直透镜将均匀化的光束准直并照射到数字微镜阵列上；
13、步骤4：数字微镜阵列根据加载的数字掩膜信息调控入射光光场，形成具有特定图案的出射光光场；
14、步骤5：通过所述二次缩放组件、所述非偏振分束立方、所述物镜将调控后的图案化出射光投射到待曝光的可光固化预聚合物表面，进行选择性地曝光；
15、步骤6：通过非偏振分束立方、所述第一透镜将光学聚焦位置及像斑投射到所述ccd上，实时监测光学聚焦位置及像斑质量；
16、步骤7：根据预设的加工参数完成基底上微纳结构的加工，获得所需的微纳结构。
17、优选的，所述可光固化预聚合物包括如下组分：单体10-80份、光引发剂0.3-2.5份、光吸收剂0.001-0.85份、流平剂0.01-1份，所述单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯中的至少一种。
18、进一步优选，所述光引发剂为二苯甲酮、2,4-二甲基硫杂蒽酮、（2,4,6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化膦、（2,4,6-三甲基苯甲酰基）膦酸乙酯、苯基双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧化膦、异丙基硫杂蒽酮中的至少一种；所述光吸收剂为紫外光吸收剂uv-327、苏丹红i、紫外光吸收剂uv-p、罗丹明b中的至少一种。
19、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
20、1、本专利技术针对现有基于dmpl无掩膜光刻技术需利用高倍物镜进而引入较大像差的缺点，提出一种无掩膜微纳结构加工装置，用二次缩放成像替代直接使用高倍物镜成像，减少了轴外点视场，校正像差同时提高本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，包括近紫外光源（15）、第一准直透镜（14）、数字微镜阵列（9）、二次缩放组件和物镜（2）；第一准直透镜（14）设置在近紫外光源（15）的光发出点前方，数字微镜阵列（9）设置在第一准直透镜（14）的出射光光路上，数字微镜阵列（9）按照内部预设的微纳结构数字掩膜信息调控入射光，形成具有目标图案的出射光，二次缩放组件设置在数字微镜阵列（9）的出射光光路上，物镜（2）设置在二次缩放组件的出射光光路上，物镜（2）的出射光照射在待加工微纳结构的基底（1）上。
2.根据权利要求1所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，还包括反馈组件，反馈组件包括可见光光源（13）、第二准直透镜（12）、二向色镜（11）、非偏振分束立方（4）、第一透镜（5）和CCD（6），第二准直透镜（12）设置在可见光光源（13）的光发出点前方，穿过第二准直透镜（12）和所述第一准直透镜（14）的光互相垂直，在相交点设置二向色镜（11），从二向色镜（11）出来的光为所述数字微镜阵列（9）的入射光，非偏振分束立方（4）设置在所述二次缩放组件与所述物镜（2）之间的光路上
3.根据权利要求2所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，所述可见光光源（13）和所述近紫外光源（15）内均设有六角匀光棒。
4.根据权利要求1所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，所述二次缩放组件包括第二透镜（8）和第三透镜（7），第二透镜（8）设置在所述数字微镜阵列（9）的出射光光路上，第三透镜（7）设置在第二透镜（8）的出射光光路上。
5.根据权利要求4所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，在所述第二透镜（8）和所述第三透镜（7）之间设有小孔结构。
6.根据权利要求1所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，还包括第一反射镜（10）和第二反射镜（3），第一反射镜（10）设置在所述第一准直透镜（14）的出射光光路上，经过第一反射镜（10）反射的光进入所述数字微镜阵列（9），第二反射镜（3）设置在所述二次缩放组件的出射光光路上，经过第二反射镜（3）反射的光进入到所述物镜（2）。
7.根据权利要求1所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，所述数字微镜阵列（9）的+12°反射光进入所述二次缩放组件。
8.一种无掩膜微纳结构加工方法，其特征在于，基于权利要求2所述的无掩膜微纳结构加工装置，所述方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的无掩膜微纳结构加工方法，其特征在于，所述可光固化预聚合物包括如下组分：单体10-80份、光引发剂0.3-2.5份、光吸收剂0.001-0.85份、流平剂0.01-1份，所述单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的无掩膜微纳结构加工方法，其特征在于，所述光引发剂为二苯甲酮、2,4-二甲基硫杂蒽酮、（2,4,6-三甲基苯甲酰基）二苯基氧化膦、（2,4,6-三甲基苯甲酰基）膦酸乙酯、苯基双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧化膦、异丙基硫杂蒽酮中的至少一种；所述光吸收剂为紫外光吸收剂UV-327、苏丹红I、紫外光吸收剂UV-P、罗丹明B中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，包括近紫外光源（15）、第一准直透镜（14）、数字微镜阵列（9）、二次缩放组件和物镜（2）；第一准直透镜（14）设置在近紫外光源（15）的光发出点前方，数字微镜阵列（9）设置在第一准直透镜（14）的出射光光路上，数字微镜阵列（9）按照内部预设的微纳结构数字掩膜信息调控入射光，形成具有目标图案的出射光，二次缩放组件设置在数字微镜阵列（9）的出射光光路上，物镜（2）设置在二次缩放组件的出射光光路上，物镜（2）的出射光照射在待加工微纳结构的基底（1）上。
2.根据权利要求1所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，还包括反馈组件，反馈组件包括可见光光源（13）、第二准直透镜（12）、二向色镜（11）、非偏振分束立方（4）、第一透镜（5）和ccd（6），第二准直透镜（12）设置在可见光光源（13）的光发出点前方，穿过第二准直透镜（12）和所述第一准直透镜（14）的光互相垂直，在相交点设置二向色镜（11），从二向色镜（11）出来的光为所述数字微镜阵列（9）的入射光，非偏振分束立方（4）设置在所述二次缩放组件与所述物镜（2）之间的光路上，非偏振分束立方（4）发出的两束出射光一路进入到物镜（2）中，另一路穿过第一透镜（5）投射在ccd（6）上。
3.根据权利要求2所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，所述可见光光源（13）和所述近紫外光源（15）内均设有六角匀光棒。
4.根据权利要求1所述的无掩膜微纳结构加工装置，其特征在于，所述二次缩放组件包括第二透镜（8）和第三透镜（7），第二透镜（8）设置在所述数字微镜阵列（9）的出射光光路上，第三透镜（7）...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟阔，张佳琪，许唱，刘志奎，
申请(专利权)人：辽宁惠康检测评价技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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