激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法技术

本发明专利技术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。可以得到任意三维微纳形貌结构。可以得到任意三维微纳形貌结构。

【技术实现步骤摘要】
激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光刻领域，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。

技术介绍

[0002]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
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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。
[0003]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、Leica VB6），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
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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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术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。
[0007]为实现专利技术目的，根据本专利技术的一个方面，本专利技术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。
[0008]根据本专利技术的另一个方面， 本专利技术提供一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构，其包括:基体；形成于所述基体上的至少一个三维微纳形貌单元，其中每个三维微纳形貌单元包括至少一个视觉高点，所述每个三维微纳形貌单元包括复数个从视觉高点开始斜坡形貌斜率按预设规律变化的环带。
[0009]与现有技术相比，本专利技术中的激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构的制备方法，通过将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系，根据所述映射关系，将映射关系与曝光剂量进行对应进行光刻，从而实现得到任意三维微纳形貌结构。同时，本专利技术中的三维微纳形貌结构可以在平面上做出非常逼真的立体视觉，给人非常好的视觉体验。
附图说明
[0010]图1为本专利技术中的三维微纳形貌结构的制备方法在第一实施例中的结构示意图；图2a、图2b和图2c为图1中的制备方法的第一应用实例的示意图；图3为图1中的制备方法的第二应用实例的示意图；图4为本专利技术中的三维微纳形貌结构的制备方法在第二实施例中的结构示意图；图5为图4中的制备方法的第一应用实例；图6为图4中的制备方法的第二应用实例；图7为本专利技术中的三维微纳形貌结构的制备方法制作出的一种三维微纳形貌结构的示例；图8为图7中的三维微纳形貌结构的微观示意图；图9为本专利技术中的三维模型图的一个示例；图10为本专利技术中的三维模型图的表面的一个示例；图11为塌陷后的菲涅尔结构；图12示出了本专利技术中的光刻设备的一个实施例；图13示出了本专利技术中的纳米压印装置的一个实施例。
具体实施方式
[0011]为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
[0012]第一实施例图1为本专利技术中的激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构的制备方法在第一实施例中的结构示意图。所述三维微纳形貌结构的制备方法100使用激光直写光刻机，其包括如下步骤。
[0013]步骤110，提供三维模型图。
[0014]在一个实施例中，提供三维模型图包括，三维模型图包括至少一个三维模型单元，对所述三维模型单元设定至少一个曲率值，根据所述曲率值，确定三维模型图中点的高度。
[0015]在另一个实施例中，提供三维模型图包括，三维模型图表面由复数个空间多边形拼接拟合，每个所述空间多边形都为凸多边形，每个所述空间多边形相互不重叠，每个所述空间多边形都有确定的顶点和边，根据所述空间多边形的顶点和所在平面的法向量，确定三维模型图在该多变形位置处的高度范围。
[0016]步骤120，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。
[0017]步骤130，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。
[0018]在一个实施例中，将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系还包括：将所述三维模型上的每个高度区间对应灰度取值范围，获得映射关系中的每个点的高度值对应的灰度值，根据映射关系中的平面坐标和高度值，获得灰度图。将所述灰度图与曝光剂量进行对应，从而可以基于所述曝光剂量进行光刻。
[0019]在一个实施例中，每个高度区间的高度范围对应于灰度取值范围的全部。举例来说，所述灰度取值范围的全部为0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光直写光刻机制作的三维微纳形貌结构的制备方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，提供三维模型图包括，三维模型图包括至少一个三维模型单元，对所述三维模型单元设定至少一个曲率值。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，提供三维模型图包括，三维模型图表面由复数个空间多边形拼接拟合，每个所述空间多边形都为凸多边形，每个所述空间多边形相互不重叠，每个所述空间多边形都有确定的顶点和边，根据所述空间多边形的顶点和所在平面的法向量，确定三维模型图在该多边形位置处的高度范围。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，各个高度区间具有相同的高度差，或者，各个高度区间具有不同的高度差。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将三维模型图在平面上进行投影得到映射关系还包括，将所述三维模型上的每个高度区间对应灰度取值范围，获得映射关系中的每个点的高度值对应的灰度值，根据映射关系中的平面坐标和高度值，获得灰度图。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，每个高度区间的高度范围线性或曲线对应一个灰度取值范围。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述基于所述曝光剂量进行光刻包括：根据所述灰度图取样出多套二值图；和基于所述多套二值图进行叠加光刻，以在目标载体上形成多个台阶形斜坡形貌。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述根据所述灰度图取样出多套二值图包括：根据台阶个数M，取样M
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1套二值图；将灰度值在范围1内的像素点赋值为黑或白，灰度值在其他范围的像素点赋值另一个，以得到第一套二值图...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林森，浦东林，张瑾，朱鸣，朱鹏飞，乔文，朱昊枢，刘晓宁，邵仁锦，杨颖，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：