[发明专利]激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法。所述制备方法包括：提供三维模型图；将所述三维模型图在高度方向上进行划分，获得至少一个高度区间；将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系，映射关系包括三维模型图上每个点对应在平面上的坐标，三维模型图上每个点的高度对应高度区间里的高度值，根据所述映射关系，将映射关系与曝光剂量进行对应，基于所述曝光剂量进行光刻。这样，可以得到任意三维微纳形貌结构。

技术领域

本发明涉及光刻领域，尤其涉及一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法。

背景技术

当前，微加工的主要技术手段有精密金刚石车削、3D打印、光刻等技术。金刚石车削是制作数十微米尺寸、规则排列3D形貌微结构的优选方法，其典型应用是微棱镜膜。3D打印技术可以制作复杂的3D结构，但传统振镜扫描3D打印技术的分辨率为数十微米；DLP投影式3D打印的分辨率为10-20μm；双光子3D打印技术，虽然分辨率能达到亚微米，但属于串行加工方式，效率极低。

微光刻技术仍然是现代微加工的主流技术手段，也是目前为止所能达到的最高精度的加工手段。2D投影光刻已经广泛应用于微电子领域，3D形貌光刻技术目前还处于初级阶段，没有形成成熟的技术方案，目前进展如下：

传统掩膜套刻法用于做多台阶结构，结合离子刻蚀控制结构深度，工艺过程需要多次对准，工艺要求高，难以加工连续的3D形貌。灰度掩模曝光法，其技术方案是制作半色调掩模版（halftone），汞灯光源照射后产生灰度分布的透过光场，对光刻胶进行感光，形成3D表面结构。然而，这类掩模版制作难度大，且价格非常昂贵。移动掩膜曝光法，可以制作规则的微透镜阵列等结构。声光扫描直写法（如，海德堡仪器μPG101），使用单光束直写，效率较低，仍然存在图形拼缝问题。电子束灰度直写（日本Joel JBX9300、德国Vistec、LeicaVB6），面向较大幅面的器件制备效率仍然较低，受限于电子束的能量，3D形貌深度调控能力不足，适用于制备小尺度的3D形貌微结构。数字灰度光刻技术是一种将灰度掩模和数字光处理技术结合而发展来的微纳加工技术，采用DMD(Digital Micro-mirror Device)空间光调制器作为数字掩膜，通过一次曝光加工出连续三维面形的浮雕微结构，大于一个曝光视场的图形采用步进拼接的方法。本课题组也使用该方法做了实验研究，主要不足是灰度调制能力受DMD灰度等级的限制，存在台阶状和视场拼缝，并且光斑内部光强均匀性会影响3D形貌的面型品质。

综上，3D形貌光刻的研究现状与前沿需求之间存在着明显差距，因此，研究可实现任意3D形貌的高品质光刻技术成为了相关领域对微光刻技术提出的重要和迫切需求。

将卷对卷压印设备应用于柔性印刷电路中还会存在另一个难以克服的问题。由于所述柔性印刷电路具有柔性，很难精确的控制所述柔性印刷电路张力或拉伸度，这样在后续的曝光、刻蚀或对准贴合等处理中很难进行对位。现有技术中通常采用张力辊来检测所述柔性印刷电路的张力或拉伸度，然而目前的张力辊存在检测精度不足等问题，对所述柔性印刷电路的张力或拉伸度的控制不能满足正常的工业生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法，其可以方便的高品质的制作任意三维微纳形貌结构。

为实现发明目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构的制备方法，其包括：提供三维模型图；将所述三维模型图在高度方向上进行划分，获得至少一个高度区间；将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系，映射关系包括三维模型图上每个点对应在平面上的坐标，三维模型图上每个点的高度对应高度区间里的高度值，根据所述映射关系，将映射关系与曝光剂量进行对应，基于所述曝光剂量进行光刻。