[发明专利]一种基于双光子聚合曝光的并行光刻系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于双光子聚合曝光的并行光刻系统，包括：光源模块，包括飞秒激光器和相位型体全息光学元件，相位型体全息光学元件对飞秒激光器发出的飞秒激光进行调制，形成若干呈空间点阵排列的光点；液晶光阀，通过计算机载入二值掩模图像，控制每个光点独立地开关；二维扫描振镜模块，将液晶光阀打开的光点扫描至显微打印模块；显微打印模块，根据计算机设计的三维维纳结构，利用扫描振镜模块扫描的光点对感光材料进行分层并行光刻；计算机，控制液晶光阀、扫描振镜模块以及显微打印模块的动作。本发明还公开了该并行光刻系统进行并行光刻的方法。本发明的并行光刻系统，该系统能够实现快速、并行双光子聚合曝光光刻，并且成本较低。

技术领域

本发明涉及微纳结构光刻领域，尤其涉及一种基于双光子聚合曝光的并行光刻系统及方法。

背景技术

激光技术是20世纪与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一。四十多年来，随着小型电子产品和微电子元器件需求量的日益增长，对于加工材料(尤其是聚合物材料以及高熔点材料)的精密处理已日渐成为激光在工业应用中发展最快的领域之一。激光加工是激光产业的重要应用，与常规的机械加工相比，激光加工更精密、更准确、更迅速。

飞秒激光光刻技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点，这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。

近十年人们对激光双光子微加工进行了深入的研究。双光子聚合是物质在发生双光子吸收后所引发的一种光聚合过程，双光子吸收是指物质的一个分子同时吸收两个光子，双光子吸收的发生主要在脉冲激光所产生的超强激光焦点处，光路上其它地方的激光强度不足以产生双光子吸收，并且由于所用光波长较长，能量较低，相应的单光子吸收过程不能发生。因此，双光子过程具有良好的空间选择性。与现有的其他工艺相比，双光子聚合能够制造更高分辨率的三维微纳结构。

双光子聚合曝光光刻技术可以用来制作医学器件，特殊功能的三维微纳光学器件。该技术使用飞秒激光器的非线性效应，对感光材料(如：光敏树脂材料)进行选择性的聚合，产生微米或纳米尺度的微结构。该技术的一个难点是：由于结构尺度非常小，实现较大尺寸的微纳光学器件制作时，单点扫描光刻的方式非常耗时。减少光刻时间，实现大尺寸医学器件或特殊功能的三维微纳光学器件制作，具有重要的市场意义。

提高双光子聚合曝光光刻效率的一种方案是，使用纯相位型空间光调制器，计算纯相位全息图，将全息图载入纯相位型空间光调制器，形成点阵结构进行并行曝光(参考文献：Shaun D.Gittard，Alexander Nguyen，et al.Fabrication of microscale medicaldevices by two-photon polymerization with multiple foci via a spatial lightmodulator[J].BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS.2011：3167-3178)，采用该方式的一个重要问题是设备成本较高。目前市面上存在的2K分辨率(1920×1080)的纯相位型空间光调制器主要有holoeye和jasper两个厂家，每台纯相位型空间光调制器的价格不低于10w人民币。

发明内容

针对现有技术中采用纯相位型空间光调制器进行双光子聚合曝光并行光刻时，存在成本较高的问题，本发明提供了一种基于双光子聚合曝光的并行光刻系统，该系统能够实现快速、并行双光子聚合曝光光刻，并且成本较低。

本发明提供了如下技术方案：

一种基于双光子聚合曝光的并行光刻系统，包括：

光源模块，包括飞秒激光器和相位型体全息光学元件，所述相位型体全息光学元件对飞秒激光器发出的飞秒激光进行调制，形成若干呈空间点阵排列的光点；

液晶光阀，通过计算机载入二值掩模图像，控制每个光点独立地开关；

扫描振镜模块，将液晶光阀打开的光点扫描至显微打印模块；