[发明专利]一种三维微结构的制作方法及其曝光装置

说明书

本发明涉及一种三维微结构的制作方法，以及该方法所使用的曝光装置。

近年来，随着微光学机械和微光机电系统的兴起，已发展了多种三维微结构的制作技术。现有的三维微结构微细加工技术源于大规模集成电路制造工艺，最具有代表性的有以下几种：

1978年出版的《光学工程》17卷570-573页“金刚石光学铣削的过去，现在和将来”公开了一种单点金刚石铣削方法(参考文献：“Dimond turning ofoptics：the past，the presaent，and the exciting future”，Opt.Eng，1978，Vol.17：570-573)。该方法制作的元件刻划精度高，但铣削残痕粒度大(大于10微米)，不适于制作短波长光学器件。

1997年出版的《应用光学》36卷20期第4675-4680页“在高能光敏玻璃上使用灰度掩模曝光技术单次曝光低成本批量制作多台阶衍射光学元件”公开的X光刻电铸成形技术(参考文献：“Cost-effecyive massfabrication of multilevel diffractive optical element by useof a single optical exposure with a gray-scale mask on high-energy beam-sensitive glass”，Appl.Opt，1997，Vol.36，No.20：4675-4680)，只能产生台阶型的三维微结构，且存在需要多个掩模和多次套刻，工艺复杂，有套刻误差等缺陷，难以制作连续面形的三维结构。

1993年出版的《应用光学》32卷14期第2526-2533页“连续浮雕衍射光学二维列阵元件的制作”公开的电子束和激光束直写技术(参考文献：“Continuous-relief diffrative optical elements for two-dimentional array generation”，Appl.Opt.1993，Vol.32，No.14：2526-2533)，虽然能够调节辐射强度以产生连续曝光量分布，但曝光方式为逐点写入，制作效率低，设备昂贵且难以维护。

1996年出版的《国际光学工程协会会议录》2687卷  142-149页“制作抛物面阵列的新方法”一文所公开的掩模移动法(参考文献：“Novelmethod for parabolic grating”，SPIE，1996，Vol.2687：142-149)，是利用二元掩模产生连续曝光量分布制作微结构。但该方法要求所需制作的微结构具有对称性，不能用于连续面形的成形，因此具有一定限制。

本发明的目的在于提供一种用于制作任意三维微结构的方法以及该方法所使用的曝光装置。

本发明的目的由以下技术措施实现：

制作三维微结构的方法通过以下步骤完成：

①通过计算机控制生成实时掩模图形；

②利用生成的实时掩模图形对感光材料进行第一次曝光，获得n＝1次曝光的曝光量累积；

③固定曝光台，刷新实时掩模图形，对感光材料进行第二次曝光，获得n＝2次曝光的曝光量累积；

④重复②～③的步骤，使曝光次数足够大，获得n＝N次曝光的曝光量累积；

⑤移动曝光台，使感光材料的另一曝光区域处于投影曝光镜头之下，重

     复①～④的步骤；

⑥显影，形成任意连续三维微结构。

为了完成该方法，本发明所使用的曝光装置包括投影曝光镜头、曝光台和计算机，作为实时掩模的电寻址(或光寻址)液晶光阀置于投影曝光镜头的上方，计算机控制产生的实时掩模图形通过电寻址(或光寻址)液晶光阀的通光单元，再经投影曝光镜头精缩至焦平面，曝光镜头的焦平面与感光材料的感光面重合，感光材料放置于曝光台上。

本发明的目的也可通过以下技术措施实现：电寻址(或光寻址)液晶光阀的通光单元的开关由计算机控制。

本发明的目的还可通过以下技术措施实现：放置感光材料的曝光台可移动，感光材料的不同区域均可接受曝光。

本发明与现有技术相比有以下优点：本发明利用实时掩模对感光材料进行投影曝光、显影的方法制作三维微结构。由于本发明利用实时掩模进行投影曝光具有光学并行特性，故曝光效率远高于激光/电子束直写系统。并且通过不断刷新掩模图形以及多次曝光后一次显影，避免了传统微结构制作中繁琐的套刻、对位工艺，进一步提高了制作效率；而且因此避免了传统微结构制作方法易产生的套刻、对准误差，故进一步提高了制作精度。