[发明专利]一种基于CCD成像检焦对准的微结构加工方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于CCD成像检焦对准的微结构加工方法和装置，通过设计光路使CCD与DMD共轭，当硅片处于焦面位置时，DMD上图案通过远心成像系统在硅片上成像清晰，同时由于CCD与DMD共轭，故硅片上的图案在CCD上也成像清晰，从而可以利用该共轭关系，以CCD上成像清晰度作为DMD曝光焦面的位置检测。本发明提出的基于CCD成像检焦对准的微结构加工方法和装置在保证DMD微结构加工检焦和对准的同时，可实现光刻过程中的实时成像，能够满足任意时刻在硅片的任意位置实现任意图案的曝光光刻，便于各种二维材料的加工，且整机系统结构紧凑。

技术领域

本发明属于微纳加工领域，主要利用DMD可编程性和CCD成像，提供了一种基于CCD成像检焦对准的微结构加工方法和装置，实现任意时刻在硅片的任意位置实现任意图案的曝光光刻，同时结构紧凑小巧，方便携带，特别适用于微米级二维材料的制备。

背景技术

微纳结构在微观尺度显现出完全不同于宏观世界的独特性能，在新材料新能源、生物医药、航空航天、半导体制造等高新技术领域有着广泛的应用，已经成为当前研究和生产的热点。微纳加工技术作为微纳领域的重要组成部分，直接涉及微米、纳米级等微纳结构的制备，已经成为了微纳领域中的一个重点研究内容，发展出了各式各样的微纳加工方法或系统。而常用的微纳加工设备，往往体积庞大、不便携带，且制造成本高，这极大地限制了其应用场景和应用范围。故探索结构紧凑、性能稳定和成本低的微纳加工方法已成为当前微纳领域的重要发展趋势。

目前微纳结构加工方法主要包括直写式光刻、物理掩模光刻和数字掩膜光刻等。其中直写式光刻虽然可以加工纳米量级的微结构，但其加工方式是逐点扫描，导致其工作效率低，不适用于大批量或大尺寸的3D微结构制备。物理掩模光刻技术利用光学投影成像系统，将物理掩模板上的图案转移到曝光物面上，尽管其光刻加工技术已发展成熟，但每种掩模板只能加工一种微结构，其灵活性受限，难以应对制造数量少但种类繁多的微纳加工新趋势，同时其物理掩模都是通过分辨率较高的直写光刻系统加工的，其制造成本相对较高。

而数字掩模光刻，使用数字微镜器件(DMD)作为数字电子掩模，代替了传统的物理掩模，可以实现计算机可控的任意图案光刻，极大了降低掩模加工的制造成本，我们只需要针对不同的结构设计出相应的图案，即可通过计算机控制数字微镜器件进行光刻曝光。而目前的基于DMD无掩膜光刻加工的系统，大多数都需要单独设计一套检焦系统和一套对准系统，导致结构较为复杂，体积较为庞大，不便携带，同时检焦和对准系统的存在也增加了制造成本，限制了其应用场景及应用范围，同时曝光硅片上的图案无法实时观测和定位，不利于快速多次曝光光刻，增加了曝光加工的工艺流程，制备效率较低。

发明内容

为了解决上述无掩膜光刻技术的不足，本发明提出了一种基于CCD成像检焦对准的微结构加工方法和装置，在原有的DMD无掩膜加工技术基础上，用CCD成像光路系统代替了检焦和对准光路系统，将图像检焦技术应用在微纳加工领域，对CCD采集的图像信息进行处理，分析曝光物面的位置信息，在进行曝光物面实时成像的同时，实现DMD无掩膜加工的焦面检测及对准，极大地简化了系统结构，降低了系统制造和微结构加工成本，能够在任意时刻任意地方在曝光样片都任意区域进行任意图案地曝光，满足了绝大多数领域的应用需求。

为实现上述目的，本发明基于图像检焦技术，提出了一种CCD成像检焦对准的微结构加工方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：利用匀光系统，将LED发出的365nm紫光进行匀化处理，均匀的投射到DMD靶面上，使其照明均匀；所述匀光系统的组成部件包括非球面镜、蝇眼透镜阵列和汇聚透镜；

其中，设计和调整非球面镜、蝇眼透镜阵列和汇聚透镜三者之间的距离及蝇眼透镜阵列的形状，以便最大可能的利用蝇眼透镜阵列区域，将LED发出的365nm波长的紫光进行匀化处理，并适用能量探测器测量其匀光的效果，以便DMD靶面被均匀照明；