一种旋转式三维曝光装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种旋转式三维曝光装置，包括一个旋转样品台和驱动旋转样品台的第一步进马达，所述旋转样品台和第一步进马达垂直固定在一个旋转可控的中轴上，所述中轴通过轴承固定在机箱上并由第二步进马达驱动，所述的旋转样品台上方设有LED平行紫外光源，机箱上设有控制面板，控制面板上设有显示屏，显示屏下方依次设有倾斜角旋钮、步进角度旋钮、间隔时间旋钮、启动曝光按钮和停止曝光按钮；本实用新型的有益效果是：1.曝光平面方向任意可调；2.样品在曝光平面的旋转任意可调；3.适用于各类斜向曝光，包括连续旋转曝光、分步多角度曝光；4.可以对样品进行正向或背向曝光；5.系统制作简单，操作灵活，结构紧凑，成本低，可批量生产。
【专利说明】一种旋转式三维曝光装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于先进制造【技术领域】，具体涉及一种旋转式三维曝光装置。
【背景技术】
[0002]微纳加工对发展先进制造技术和生产各种微纳器件有着十分重大的意义。随着对微纳结构各种物理性能的深入了解，越来越多的器件将用到各种三维微纳结构。因而，如何精确高效地生产三维微纳结构，是当前微纳加工和先进制造技术的重大课题之一。
[0003]当前，紫外光光学曝光仍然是各种微纳制造技术中用的最多和最有效的方法。但传统的紫外光光学曝光都是在二维平面上进行的，有必要对此改进，使之适用与三维微纳结构的制作。
[0004]紫外光光学曝光制作三维的微纳结构具有一定的优势，如:
[0005](I)通过设计可以得到规则的三维结构；
[0006](2)通过设计可以得到晶格状的的三维结构；
[0007](3)与传统的微纳加工技术很好的兼容；
[0008](4)可以用于大规模生产等。
[0009]近年来，三维光学曝光包括紫外光光学曝光和X射线光学曝光的方法已经成功的用到若干用于科学研究的试验，如:
[0010](I)用三维X射线光学曝光的方法制作光子晶体材料(Cuisin et al, J.Vac.Sc1.Technol.B 17,6 (1999) 3444, Appl.Phys.Lett., 77，6，(2000) 770，J.Vac.Sc1.Technol.B 18,6 (2000) 3505)；
[0011](2)三维紫外光光学曝光的方法制作微流芯片中的液体混合结构(Chuangetal, Sens.Actuators A 103 (2003) 64;; Sato et al, Sensors and Actuators A 128(2006) 183) ; (3)斜向、旋转紫外光光学曝光的方法制作(Han et al, Sens.Actuators A111 (2004) 14)。
[0012]以上试验中一个普遍的问题在于，实现三维光学曝光的装置不可用于曝光面和曝光面旋转的任意控制。事实上，用于这些试验中设备均是为某种特定目的而准备的，其倾斜度或者不可调或者通过调节支撑杆的高度来调节的。
实用新型内容
[0013]本实用新型的目的是提供一种多功能旋转式三维曝光装置，它不仅可用于以紫外光光学曝光为基础的三维微纳结构制造，而且可用与X射线、电子束、离子束曝光为基础的三维微纳结构制造。
[0014]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种旋转式三维曝光装置，包括一个旋转样品台和驱动旋转样品台的第一步进马达，所述旋转样品台和第一步进马达垂直固定在一个旋转可控的中轴上，所述中轴通过轴承固定在机箱上并由第二步进马达驱动，所述的旋转样品台上方设有LED平行紫外光源。[0015]所述的一种旋转式三维曝光装置，其机箱上设有控制面板，控制面板上设有显示屏，显示屏下方依次设有倾斜角旋钮、步进角度旋钮、间隔时间旋钮、启动曝光按钮和停止曝光按钮。
[0016]所述的一种旋转式三维曝光装置，其旋转样品台平面和LED平行紫外光源的倾斜角可在0-90°范围内任意调节。
[0017]所述的一种旋转式三维曝光装置，其旋转样品台可在0-360°范围内任意旋转。
[0018]本实用新型的有益效果是:1.曝光平面方向任意可调；2.样品在曝光平面的旋转任意可调；3.适用于各类斜向曝光，包括连续旋转曝光、分步多角度曝光；4.可以对样品进行正向或背向曝光；5.系统制作简单，操作灵活，结构紧凑，成本低，可批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型旋的结构示意图；
[0020]图2为本实用新型在旋转样品台平面与紫外光光束成15°时单次曝光所制造的锥形微米结构阵列显微照片；
[0021]图3为本实用新型在旋转样品台平面与UV光束成30°时样品台连续旋转曝光所制造的锥形微米结构显微照片；
[0022]图4为本实用新型在旋转样品台平面与UV光束成30°时样品台单次旋转120°三次曝光所制造的三维晶格式微米结构显微照片；
[0023]各附图标记:1 一旋转样品台，2 —第一步进马达,3 —中轴,4 一轴承,5 —机箱，6 一第二步进马达，7 —控制面板，8 — LED平行紫外光源,9 一倾斜角旋钮，10 一步进角度旋钮，11 一间隔时间旋钮，12 一启动曝光按钮，13 一停止曝光按钮，14 一显不屏。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0025]参照图1所示，本实用新型公开了一种旋转式三维曝光装置，包括一个旋转样品台I和驱动旋转样品台I的第一步进马达2，所述旋转样品台I和第一步进马达2垂直固定在一个旋转可控的中轴3上，所述中轴3通过轴承4固定在机箱5上并由第二步进马达6驱动，所述的旋转样品台I上方设有LED平行紫外光源8，所述的机箱5上设有控制面板7，控制面板7上设有实时显示倾斜角度和旋转角度的显示屏14，显示屏14下方依次设有用于设置旋转样品台I倾斜角度的倾斜角旋钮9、用于设置旋转样品台I单次旋转角度的步进角度旋钮10、用于设置两次旋转间隔时间的间隔时间旋钮11、用于系统运行与紫外光启动的启动曝光按钮12和用于强制系统运行停止与紫外光关闭的停止曝光按钮13，从而旋转样品台I的倾斜角度和旋转样品台的旋转可以手动设置，也可以通过程控自动设置，所述的旋转样品台I平面和LED平行紫外光源8的倾斜角可在0-90°范围内任意调节，这样倾斜角β可被调控到0-90°之间的任意角度，β也可在0-90°之间连续变化，所述的旋转样品台I可在0-360°范围内任意旋转，这样旋转样品台I可快速连续旋转，从而可以对样品进行正向或背向曝光。
[0026]本装置通过控制面板7上的手动旋钮设置旋转样品台I平面相对于LED平行紫外光源8方向的倾斜角度、旋转样品台I平面单次旋转的角度、两次旋转的间隔时间以及LED平行紫外光源8的开启。脱机时，也可调用预设的程序使该系统自动运行。联机时，可实时改变系统的设置和运行进程。
[0027]实施方案
[0028]下边结合实施例对本实用新型的I)连续旋转曝光锥形微米结构和2)连续旋转曝光锥形微米结构和2)三次定角曝光三维晶格式微米结构的制备步骤作进一步描述。
[0029]实施例1
[0030]如图2所示，是本实用新型的一种单次斜角曝光制备锥形微米结构的实施例。所述锥形微米结构含有多个锥形柱单元，基本材料使用SU8 3005，其制备采用如下步骤:
[0031](I)用L-Edit绘图并制作相应的光学模板:包括圆形图案点阵。
[0032](2)将光学模板置于旋涂机的旋转台上，光学模板的铬板向上，涂布5微米厚的SU8 3005光胶。前烘。
[0033](3)将光学模板置于旋转式三维曝光系统的样品台上，光学模板的涂胶面向下，调节样品台平面与UV光束的角度，连续旋转式曝光，后烘和显影后即可得到所设计的锥形微米结构。
[0034]实施例2
[0035]如图2所示，是本实用新型的一种连续旋转曝光锥形微米结构制备的实施例。所述锥形微米结构含有多个锥形孔单元，基本材料使用AZ10XT，其制备采用如下步骤:
[0036](I)用L-Edit绘图并制作相应的光学模板:主要包括两部分:直径不同的圆形图案点阵。
[0037](2)将光学模板置于旋涂机的旋转台上，光学模板的铬板向上，涂布45微米厚的AZ40XT光胶。前烘。
[0038](3)将光学模板置于旋转式三维曝光系统的样品台上，光学模板的涂胶面向下，调节样品台平面与UV光束的角度，连续旋转式曝光，后烘和显影后即可得到所设计的锥形微米结构。
[0039]实施例3
[0040]如图3所示，是本实用新型的一种三次定角曝光三维晶格式微米结构的制备的实施例。所述三维晶格式微米结构含有多层晶格式微米结构，基本材料使用SU83050，其制备采用如下步骤:
[0041](I)用L-Edit绘图并制作相应的光学模板:主要包括两部分:直径不同的圆形图案的周期点阵。
[0042](2)将光学模板置于旋涂机的旋转台上，光学模板的铬板向上，涂布45微米厚的SU8 3050光胶。前烘。
[0043](3)将光学模板置于旋转式三维曝光系统的样品台上，光学模板的涂胶面向下，调节样品台平面与UV光束的角度，热烘后按照图1进行三次定角曝光，后烘和显影后即可得到所设计的三维晶格式微米结构。
[0044]本实用新型的旋转式三维曝光系统的制作方法的技术方案包括以下步骤:
[0045]A、曝光方向任意可调的机械系统:
[0046]I)制作旋转样品台:设计和制作旋转样品台，使其可被与固定在步进马达的旋转轴上，使样品及光学模板可被固定在样品台上；[0047]2)制作支持旋转样品台的中轴:设计和制作中轴使之可a)支撑旋转样品台，b)固定旋转样品台驱动步进马达，c)通过轴承使其被固定在与机箱的支架上，d)与驱动中轴的步进马达相连；
[0048]3)安装中轴的驱动步进马达；
[0049]4)安装旋转样品台和驱动旋转样品台的步进马达。
[0050]B、参数调控和程控系统:
[0051]I)制作控制面板:设计和制作控制面板使之包涵a)用于设置和显示样品台倾斜角度的手动旋钮和显示屏，b)用于设置和显示样品台平面单次旋转角度的手动旋钮和显示屏，c)用于设置和显示样品台平面两次旋转间隔时间的手动旋钮和显示屏，d)用于系统运行与紫外光的启动开关，e)用于实时显示系统运行时间的显示屏，f)用于强制系统运行停止与紫外光关闭的开关
[0052]2)制作步进马达的程控电路。
[0053]C、LED平行紫外光源:
[0054]本实用新型用于单一方向背向斜向曝光包括如下步骤:1)在光学铬板上制作微型图案；2)在铬板甩光胶并做退火处理；3)在甩胶的铬板安装在旋转样品台上，使光胶向下；4)调节曝光面与紫外光光束的相对角度，启动曝光；5)停止曝光，光胶显影和定影。
[0055]本实用新型用于斜角连续旋转背向曝光包括如下步骤:I)在光学铬板上制作微型图案；2)在铬板甩光胶并做退火处理；3)在甩胶的铬板安装在旋转样品台上，使光胶向下；4)调节曝光面与紫外光光束的相对角度；5)调节样品台旋转角度并启动曝光；6)停止曝光，光胶显影和定影。
[0056]以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种旋转式三维曝光装置，其特征在于:包括一个旋转样品台(I)和驱动旋转样品台(I)的第一步进马达(2)，所述旋转样品台(I)和第一步进马达(2)垂直固定在一个旋转可控的中轴(3)上，所述中轴(3)通过轴承(4)固定在机箱(5)上并由第二步进马达(6)驱动，所述的旋转样品台(I)上方设有LED平行紫外光源(8)。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式三维曝光装置，其特征在于，所述的机箱(5)上设有控制面板(7)，控制面板(7)上设有显示屏(14)，显示屏(14)下方依次设有倾斜角旋钮(9 )、步进角度旋钮(10 )、间隔时间旋钮(11)、启动曝光按钮(12 )和停止曝光按钮(13 )。
3.根据权利要求2所述的一种旋转式三维曝光装置，其特征在于，所述的旋转样品台(I)平面和LED平行紫外光源(8)的倾斜角可在0-90°范围内任意调节。
4.根据权利要求3所述的一种旋转式三维曝光装置，其特征在于，所述的旋转样品台(I)可在0-360°范围内任意旋转。
【文档编号】G03F7/20GK203825361SQ201320715430
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】陈勇, 石剑, 唐亚东, 张正涛, 曹一平 申请人:武汉介观生物科技有限责任公司, 江汉大学