[发明专利]用于制备具有改善的边缘清晰度的结构的方法

说明书

技术领域

本公开涉及利用多光子吸收聚合反应用于制备结构的方法，更具体地讲，本公开涉及用于改善所述结构的边缘清晰度的方法。

背景技术

多光子固化方法在美国专利No.6,855,478中有所描述。在这些方法中，包括多光子固化性光反应性组合物的材料层被涂敷在基底(如，硅晶片)上，然后使用辐射能聚焦源(例如，超快激光束)对其选择性地固化。多光子固化技术可以用于制造具有微米或纳米级分辨率的二维(2D)和/或三维(3D)结构。

在一种制造技术中，当可见光或近红外(NIR)辐射的脉冲激光束聚焦到工程加固的光聚合物树脂中时，生成体素或3D体积元素。树脂内的非线性相互作用过程引发激光束焦点附近的树脂固化，其中NIR辐射的两个光子基本上被同时吸收。这种树脂固化可以称为“光聚合”，并且这种方法可以称为“双光子光聚合”法。这种树脂的光聚合不会在那些曝露于强度不足(即，强度低于用于引发光聚合的阈值剂量)的NIR辐射部分的树脂区域中进行。

可以通过控制激光束焦点在三维(即x轴、y轴和z轴方向)中相对于树脂的位置使用多光子光聚合方法一个体素一个体素地构造3D结构。在许多情况下，通过固化大约单个体素层(如，在x-y平面上)，然后将焦点移动约一个体素长度(如，沿z轴)，然后固化后续层(如，在x-y平面上)，来形成3D结构。可以重复这一方法，直至所需结构至少部分地被固化。

通常，激光束的焦点大致为球形或椭球形，具有大体上沿着任何直径的高斯强度分布。因此，通过曝露于激光束而固化的体素大致为球形、或可以类似于伸长的球体，其中该伸长为沿着一个或不止一个轴(如，x轴、y轴或z轴)进行的。

发明内容

本公开整体涉及用于改善通过多光子曝光形成的结构的边缘清晰度的系统和方法。广义地讲，边缘清晰度可以定义为结构的边缘或表面的任何特性，例如表面的粗糙度、固化表面或边缘对所需表面或边缘的保真性等。改善边缘清晰度可以是理想的，以便生成对所需的形状具有较高保真性的结构。改善边缘清晰度的方法可以广义地包括实时功率控制、具有高速光闸的轨迹控制、高频振动、以及曝光光束的空间调制。

在一个方面，本公开涉及的方法包括相对于多光子固化性光反应性组合物扫描辐射光束。辐射光束包括的功率足以至少部分地固化一定体积的所述多光子固化性光反应性组合物。该方法还包括随着辐射光束被扫描，改变所述辐射光束的特性。

在另一方面，本公开涉及的方法包括：在多光子固化性光反应性组合物内扫描辐射光束的焦点，以通过多光子吸收至少部分地固化一定体积的多光子固化性光反应性组合物；在焦点被扫描时，利用功率计测量辐射光束的至少一部分的功率；将测量的辐射光束的至少一部分的功率与所需的辐射光束的功率进行比较；以及在焦点被扫描时，根据检测到的测量的功率与所需的功率之间的差值来调节辐射光束的功率。

在另一方面，本公开涉及的方法包括在多光子固化性光反应性组合物中指定包括边界的区域。该方法还包括在指定的区域内相对于多光子固化性光反应性组合物扫描辐射光束。辐射光束包括的功率足以至少部分地固化一定体积的多光子固化性光反应性组合物。该方法还包括扫描辐射光束越过边界并离开指定的区域，一旦辐射光束在指定的区域的外面，就遮挡辐射光束。然后，扫描辐射光束越过边界并进入指定的区域中，并且一旦辐射光束在指定的区域内，则不遮挡辐射光束。光束被扫描越过边界时，辐射光束的扫描速度不变。

附图和以下具体实施方式详细描述了本发明的一个或多个实施例。从具体实施方式、附图以及从权利要求书中，本发明的其他特性、对象和优点将显而易见。

附图说明

图1为由辐射光束的单个扫描形成的结构的图解。

图2为由常规的多光子固化系统形成的单个体素宽的结构的图解。

图3为由常规的多光子固化系统形成的具有对角线曲面的结构的图解。

图4A和图4B为由常规的多光子固化系统形成的立方体的横截面图。

图5为由常规的多光子固化系统形成的正方形轮廓的俯视图。

图6为包括辐射源模块的光学系统的示意性框图。

图7为控制模块的示意性框图。

图8为示例性半波片和偏振片的透视图。

图9为功率相对于半波片角度的示例性图。

图10为功率相对于扫描速度的图线。

图11为示出利用多光子固化形成结构的周边的示例性方法的示意图。

图12为示出利用多光子固化形成结构的周边的另一个示例性方法的示意图。

图13为示出利用多光子固化形成结构的内部的示例性方法的示意图。