[发明专利]一种具有高速轴向扫描能力的三维直写光刻方法及装置

说明书

本发明提供一种具有高速轴向扫描能力的三维直写光刻方法及装置，方法步骤如下：产生直写加工光束，通过控制加工光束的光强，实现灰度直写加工；加工光束经两个相互垂直放置的声光偏转器实现平面二维扫描；通过电控变焦透镜控制加工光束的汇聚与发散，分别对应产生加工光斑在物镜焦面附近的前离焦和后离焦，从而实现电控高速轴向扫描。本发明与传统电扫描直写光刻方法及装置相比，采用电控变焦透镜实现轴向电控高速扫描，进一步提升了扫描加工速度与加工效率。

技术领域

本发明属于光学工程领域，特别涉及一种具有高速轴向扫描能力的三维直写光刻方法及装置。

背景技术

激光直写光刻技术是一种具有亚微米加工精度，又具备三维打印能力的微纳加工技术。可以灵活地制造相应尺度结构的机械、电子和光学器件。同时，简化了加工工艺，特别适合用于新型器件的研究与试制。

激光直写加工技术根据其实现的加工方式不同，可以分为投影直写加工、机械扫描直写加工和电扫描直写加工。

其中，投影直写加工单次加工面积最大，加工效率很高，但是由于投影直写光束的器件本身分辨率较低，且器件面型往往存在不均匀性，导致其加工样品的分辨率难于提高，不适合高精度加工。机械扫描直写加工是目前使用最广泛的直写加工方式。机械扫描直写加工中使用的扫描机构包括压电平台、振镜、转镜等。机械扫描工作稳定，扫描范围大，但是扫描速度最慢，加工大尺度器件时间过长，无法适应大尺寸器件的加工需求。电扫描直写加工的特点是扫描速度相对于一般的机械扫描更快，因此加工效率也就更高。但是传统的电扫描加工设备只能实现在一个平面中的二维扫描，轴向扫描往往采用机械扫描实现，这就成为了限制其进一步提高三维加工速度的一个瓶颈。

可见，针对目前电扫描加工的局限性，需要提出一种高速轴向扫描方法来满足进一步提升直写扫描加工速度的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种具有高速轴向扫描能力的三维直写光刻方法及装置，本发明采用电控变焦透镜实现了轴向电控高速扫描，提升了扫描加工速度与加工效率。

为了实现上述目的，本发明提供的具有高速轴向扫描能力的三维直写光刻方法，包括：

产生直写加工光束，通过控制加工光束的光强，实现灰度直写加工；

加工光束经两个相互垂直放置的声光偏转器实现平面二维扫描；

通过电控变焦透镜控制加工光束的汇聚与发散，分别对应产生加工光斑在物镜焦面附近的前离焦和后离焦，从而实现电控高速轴向扫描。

进一步地，电控变焦透镜引起的聚焦加工光斑轴向前后移动实现的轴向扫描，与两个声光偏转器实现的二维平面扫描相结合，实现三维空间扫描。

本发明的另一目的为提供一种具有高速轴向扫描能力的三维直写光刻装置，该装置可用于实现上述方法，该装置包括：

激光光源，用于产生直写加工光束；

激光功率控制装置，用于改变加工光束的光强，实现灰度直写加工；

高速三维扫描系统，用于控制加工光斑的三维空间位置，实现对三维空间的逐点扫描；高速三维扫描系统包括两个用于实现平面二维扫描的声光偏转器，以及电控变焦透镜，通过电控变焦透镜控制加工光束的汇聚与发散，引起聚焦加工光斑轴向前后移动，实现高速轴向扫描；

聚焦装置，用于将加工光束聚焦于光刻样品中；

样品移动机构，用于将光刻样品大范围移动，对准加工起始位置。

进一步地，所述激光功率控制装置包括：

用于产生线偏光的起偏器；

用于调整光束偏振方向的二分之一波片；