【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于亚微米增材制造的系统和方法相关申请的交叉引用本申请是于2017年12月29日提交的美国专利申请第15/857,917号的国际申请,该美国专利申请第15/857,917号是于2017年10月31日提交的国际申请第PCT/US2017/059326号的部分延续。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。政府权利声明美国政府根据美国能源部与劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司之间的关于劳伦斯利弗莫尔国家实验室的运营的合同号DE-AC52-07NA27344,享有本专利技术的权利。
本公开内容总体上涉及通常被称为3D打印(三维打印)的增材制造系统和方法,并且更具体地涉及用于使用多光子、非线性光吸收工艺的具有亚微米特征的结构的高速增材制造的方法和设备,其中所述系统和方法使得能够制造小于衍射极限聚焦照射点的特征。
技术介绍
该部分中的陈述仅提供与本公开内容有关的背景信息,并且可以不构成现有技术。双光子聚合,有时也被称为双光子光刻,是用于增材制造具有亚微米构建块的复杂3D结构的当今流行的技术。该技术使用非线性光吸收工艺来聚合光敏聚合物抗蚀剂材料内部的亚微米特征。在对光致抗蚀剂体积内部的期望结构进行照射并且随后显影(洗掉未被照射的区域)之后,聚合的材料保持规定的三维形式。在2016年7月14日公布的美国专利公开第2016/0199935A1号中描述了可以被修改以用于双光子聚合的系统的一个示例,该美国专利公开的全部内容在此通过引用并入本公开内容中。双光子聚合是使得能够制造具有亚微米特征的 ...
【技术保护点】
1.一种用于通过加工光敏聚合物抗蚀剂材料来执行增材制造操作以形成结构的设备,所述设备包括:/n激光源,用于生成激光光束;/n可调掩模,用于接收所述激光光束,其中,所述可调掩模包括光学色散元件;/n所述可调掩模被配置成将所述激光光束分成多个出射光束,其中,从所述可调掩模出射的每个所述出射光束包括不同强度或相同强度的子集细光束,以及其中,每个所述细光束从所述可调掩模的照射区域的唯一子部分出射;/n准直仪,用于收集和准直来自所述可调掩模的出射光束中的至少一个出射光束,以形成准直光束;/n一个或更多个聚焦元件,用于将所述准直光束聚焦为聚焦光束,所述聚焦光束被投影为所述光敏聚合物抗蚀剂材料上或者所述光敏聚合物抗蚀剂材料内的聚焦成像平面,其中,所述可调掩模,所述准直仪和所述聚焦元件被定向和定位成在所述可调掩模与所述成像平面之间为所有光学频率的所述激光光束产生相同的光学路径长度;以及/n其中,所述聚焦光束同时照射所述光敏聚合物抗蚀剂材料的层。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171229 US 15/857,9171.一种用于通过加工光敏聚合物抗蚀剂材料来执行增材制造操作以形成结构的设备,所述设备包括:
激光源,用于生成激光光束;
可调掩模,用于接收所述激光光束,其中,所述可调掩模包括光学色散元件;
所述可调掩模被配置成将所述激光光束分成多个出射光束,其中,从所述可调掩模出射的每个所述出射光束包括不同强度或相同强度的子集细光束,以及其中,每个所述细光束从所述可调掩模的照射区域的唯一子部分出射;
准直仪,用于收集和准直来自所述可调掩模的出射光束中的至少一个出射光束,以形成准直光束;
一个或更多个聚焦元件,用于将所述准直光束聚焦为聚焦光束,所述聚焦光束被投影为所述光敏聚合物抗蚀剂材料上或者所述光敏聚合物抗蚀剂材料内的聚焦成像平面,其中,所述可调掩模,所述准直仪和所述聚焦元件被定向和定位成在所述可调掩模与所述成像平面之间为所有光学频率的所述激光光束产生相同的光学路径长度;以及
其中,所述聚焦光束同时照射所述光敏聚合物抗蚀剂材料的层。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述准直仪的入射孔径足够大以收集从所述可调掩模出射的所述出射光束中的单个出射光束中包含的所有波长,但是所述准直仪的入射孔径充分小以阻挡所述出射光束中所有其他出射光束的所有波长。
3.根据权利要求1所述的设备,其中,所述准直仪包括凸面透镜或凹面镜。
4.根据权利要求1所述的设备,还包括移动载物台,所述移动载物台用于支撑所述抗蚀剂材料并且相对于所述聚焦成像平面移动所述抗蚀剂材料。
5.根据权利要求4所述的设备,还包括移动载物台,所述移动载物台用于支撑所述一个或更多个聚焦元件并且使所述聚焦成像平面朝向或远离所述抗蚀剂材料轴向地移动。
6.根据权利要求1所述的设备,其中,所述一个或更多个聚焦元件中的至少一个聚焦元件包括焦点可调光学器件,所述焦点可调光学器件包括电可调透镜(ETL)。
7.根据权利要求1所述的设备,还包括功率监测系统,所述功率监测系统用于监测从所述可调掩模出射的未聚焦在所述抗蚀剂材料上的出射光束中的至少一个出射光束的功率。
8.根据权利要求7所述的设备,还包括功率控制单元,所述功率控制单元包括下述至少之一:
跟随有偏振光束分光器的旋转半波片,用于控制由所述可调掩模接收到的光束的功率;或者
旋转中性密度滤光器轮,用于控制由所述可调掩模接收到的光束的功率。
9.根据权利要求1所述的设备,其中,所述可调掩模包括应变可调褶皱结构,所述应变可调褶皱结构具有支撑在柔性基底上的应变薄膜。
10.根据权利要求1所述的设备,其中,所述可调掩模包括数字微镜装置(DMD)。
11.根据权利要求1所述的设备,还包括控制单元,所述控制单元用于在接收到来自内部时钟或外部时钟的定时信号时对所述可调掩模进行调节。
12.根据权利要求4所述的设备,还包括控制单元,所述控制单元用于在接收到来自支撑所述抗蚀剂材料的所述移动载物台的同步信号时对所述可调掩模进行调节。
13.根据权利要求5所述的设备,还包括控制单元,所述控制单元用于在接收到来自支撑所述抗蚀剂材料的所述移动载物台和支撑所述聚焦元件的所述移动载物台的分立的同步信号时对所述可调掩模进行调节。
14.根据权利要求1所述的设备,还包括成像系统,所述成像系统使用非相干光学源以监测照射所述光敏聚合物抗蚀剂材料的聚焦光束。
15.根据权利要求1所述的设备,其中,所述可调掩模包括空间光调制器(SLM)。
16.一种用于通过加工光敏聚合物抗蚀剂材料来执行增材制造操作以形成结构的设备,所述设备包括:
激光源,用于生成脉冲激光光束;
可调掩模,用于接收所述脉冲激光光束,其中,所述可调掩模包括数字微镜装置(DMD),所述数字微镜装置包括能够导通或关断的多个独立可控像素;
所述可调掩模被配置成将所述脉冲激光光束分成多个出射光束,其中,从所述可调掩模出射的每个所述出射光束包括不同强度或相同强度的子集细光束,以及其中,每个所述细光束从唯一的像素出射;
准直仪,用于收集和准直来自所述可调掩模的多个出射光束中的仅选定出射光束的所有波长,并且所述准直仪被配置成阻挡所述出射光束中所有其他出射光束的所有波长;
一个或更多个聚焦元件,用于将准直光束聚焦为聚焦光束,所述聚焦光束被投影为所述光敏聚合物抗蚀剂材料上或所述光敏聚合物抗蚀剂材料内的聚焦成像平面,其中,所述可调掩模、所述准直仪和所述聚焦元件被定向和定位成在所述可调掩模与所述聚焦成像平面之间为所有光学波长的所述脉冲激光光束产生相同的光学路径长度;
移动载物台,用于支撑所述光敏聚合物抗蚀剂材料并且相对于所述聚焦成像平面移动所述光敏聚合物抗蚀剂材料;以及
其中,所述聚焦光束同时照射所述光敏聚合物抗蚀剂材料的层。
17.根据权利要求16所述的设备,其中,所述可调掩模被定向成与接收到的所述脉冲激光光束成一定角度,以便生成针对接收到的所述脉冲激光光束的中心波长的闪耀光栅条件。
18.根据权利要求16所述的设备,还包括功率监测单元,所述功率监测单元用于收...
【专利技术属性】
技术研发人员:苏拉布·萨哈,罗伯特·帕纳西,陈世祈,
申请(专利权)人:劳伦斯·利弗莫尔国家安全有限责任公司,
类型:发明
国别省市:美国;US
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