[发明专利]飞秒激光直写与DMD无掩模光刻复合加工方法

说明书

飞秒激光直写与DMD无掩模光刻复合加工方法，属于3D微纳加工技术领域，包括复合加工系统搭建，加工前标记制作，映射关系建立，待加工工件的数据拆分，以及精密加工过程中的横向对准和纵向对准。本发明将飞秒激光直写技术所具有的高分辨率和卓越的设计灵活性特性与DMD无掩模光刻技术所具有的快速连续制造特性完美结合，取长补短，获得了高效高精度的加工效果。

技术领域

本发明属于3D微纳加工技术领域，特别是涉及到飞秒激光直写和DMD无掩模光刻两种加工技术相结合。

背景技术

3D打印技术使新的、前所未有的工程和生产可能性成为可能，在21世纪将产生巨大的影响。在微纳领域，面积大且局部高精度结构的需求越来越多。例如超疏水结构、生物支架、微光学元件、微机械组件或嵌入微过滤器的微流控芯片都是典型的应用实例。目前的制造技术在高效率的制造这类三维、多尺寸结构方面的能力仍然有限。

飞秒激光直写技术由于其可编程设计性、真实三维处理能力和高空间分辨率(低于100nm)等优势，被发展成为一种极具发展前景的三维微/纳米结构制备方法。然而，由于飞秒激光直写技术的逐点扫描的加工方式，其处理效率较低，通常使这种方法不适用于打印厘米尺度的大尺寸结构。为了提高加工效率，人们开发了多种方法，如多光束干涉、衍射光学元件和空间光调制技术。然而，对于复杂的微纳结构制作，这些技术并不成熟(如无法制作或结构过于粗糙)。

另外一种3D加工技术—基于数字微镜器件(DMD)的无掩模光刻在多个领域也有广泛的应用，如微流控器件、组织工程、增材制造、显微光学制造等。与飞秒激光直写技术不同的是，DMD无掩模光刻技术的特点是效率高但分辨率低。 DMD无掩模光刻技术通过一次曝光可以完成一层的制作，这样通过逐层地曝光可实现准三维的制备。然而，由于每层的投影图形是由微米级的像素点组成，制备的结构表面粗糙度和精度低，制备亚微米结构存在一定的困难。

综上所述现有技术当中亟需要一种技术来解决这些问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供飞秒激光直写与DMD无掩模光刻复合加工方法，将飞秒激光直写技术所具有的高分辨率和卓越的设计灵活性特性与 DMD无掩模光刻技术所具有的快速连续制造特性完美结合，取长补短，获得了高效高精度的加工效果。

飞秒激光直写与DMD无掩模光刻复合加工方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，

步骤一、搭建复合加工系统

搭建DMD无掩膜光刻系统，包括光源系统Ⅰ、光路传输系统Ⅰ、DMD芯片、三维精密移动系统Ⅰ、CCD实时监测系统Ⅰ以及软件控制系统Ⅰ；搭建飞秒激光直写系统，包括光源系统Ⅱ、光路传输系统Ⅱ、三维精密移动系统Ⅱ、CCD实时监测系统Ⅱ以及软件控制系统Ⅱ，DMD无掩膜光刻系统与飞秒激光直写系统之间通过传输装置连接；

步骤二、标记制作

将基片置于DMD无掩模光刻系统中曝光遮挡物，镀500nm厚铬膜，置于丙酮溶液去除遮挡物，形成标记；

步骤三、映射关系建立

建立DMD无掩膜光刻系统CCD与DMD芯片的映射关系，以及建立飞秒激光直写系统CCD像素与光斑位移的映射关系；

步骤四、待加工结构数据拆分

按照加工精度、效率最大化、对准难度最小化将待加工结构拆分成DMD无掩模光刻部分和飞秒激光直写加工部分；

步骤五、结构加工

利用步骤二图像处理识别标记位置，再通过步骤三映射关系得出对应DMD 掩模图，实现第一次对准，通过图像处理将飞秒激光光斑与圆形标记中心进行第二次对准，进行复合加工。