一种高精度无掩膜光刻系统、控制系统

本发明涉及机械工程，尤其涉及一种高精度无掩膜光刻系统、控制系统。

背景技术：

1、近年来，微纳米尺度制造技术以其在各个领域中的重要应用，逐渐引起了广泛的关注。微纳米尺度制造是一种以纳米尺度为基准的制造方法，通过对材料和结构的精细控制，实现了微小器件的高精度制造；然而，传统的微纳米尺度制造方法在一些方面存在着局限性，例如制造速度较慢、成本较高等问题。

2、为了克服这些限制，并在微纳米尺度制造领域取得更大的突破，3d打印技术开始逐渐融入其中。3d打印技术通过逐层堆积材料，使得复杂的微纳米结构可以以更加快速和经济的方式制造出来；3d打印技术的出现为微纳米尺度制造带来了新的可能性，使得研究人员能够更加灵活地设计和制造微型器件，从而推动微纳米技术的发展。

3、与此同时，无掩膜光刻技术的发展也为微纳米尺度制造注入了新的活力。传统的光刻技术通常需要使用掩膜来限制光线的传播，从而实现特定微纳米结构的制造。然而，这种方法在制造复杂结构时面临着一些挑战，例如掩膜的制备成本高、制造过程复杂等；并且存在打印精度低、外观复杂度高，以及无法适应特殊原料打印柔性物体和打印时间周期长、打印成本高等问题。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度无掩膜光刻系统、控制系统，旨在解决现有3d打印设备无法实现高精度打印、外观复杂度高等问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种高精度无掩膜光刻系统，包括：

4、三维位移平台系统，包括用于放置样品的物料台；

5、投影系统，包括按投影光路依次设置的紫外光源、dmd数字微镜、第一物镜组和薄膜分束器；所述紫外光源用于发出对应波段的光，所述dmd数字微镜用于接收所述紫外光源发出的光并反射至所述第一物镜组；所述第一物镜组和所述薄膜分束器用于成倍缩小图案光并汇聚到所述物料台上；

6、成像系统，包括设置于所述薄膜分束器一侧的第二物镜组、设置于所述第二物镜组背离所述薄膜分束器一侧的ccd相机，以及显示器。

7、所述的高精度无掩膜光刻系统，其中，所述紫外光源和所述dmd数字微镜之间设有平行光镜组，用于将所述紫外光源发出的对应波段的光准直为平行光。

8、所述的高精度无掩膜光刻系统，其中，所述dmd数字微镜由1920个微镜列和1080个微镜行组成二维阵列。

9、所述的高精度无掩膜光刻系统，其中，所述dmd数字微镜中的每个微镜相对于平板状态，在离散角度为-12°或离散角度为12°之间切换。

10、所述的高精度无掩膜光刻系统，其中，所述投影系统还包括dmd控制器；所述dmd控制器用于控制所述dmd数字微镜中每个微镜的偏转角度。

11、所述的高精度无掩膜光刻系统，其中，所述第一物镜组包括靠近所述dmd数字微镜设置的第一透镜，以及靠近所述薄膜分束器设置的第二透镜；所述第二透镜和所述薄膜分束器之间设置有可变光阑。

12、所述的高精度无掩膜光刻系统，其中，所述高精度无掩膜光刻系统还包括与所述三维位移平台系统的xoy面垂直设置的镜组背板，以及与所述三维位移平台系统的xoy面平行设置且与所述镜组背板背离所述物料台的一侧连接的dmd托板；所述镜组背板和所述dmd托板用于固定所述投影系统和所述成像系统。

13、所述的高精度无掩膜光刻系统，其中，所述紫外光源为四通道的紫外光源；所述紫外光源的波长为365±5nm。

14、一种用于高精度无掩膜光刻系统的控制系统，包括：

15、手动控制模块，用于控制三维位移平台系统的移动；

16、平台位置显示模块，用于显示所述三维位移平台系统的坐标；

17、曝光参数设置模块，用于设置所述高精度无掩膜光刻系统的曝光参数；

18、大图拆分及小图拼接模块，用于将待光刻样品的图片进行拆分或者拼接；

19、光源控制模块，用于控制紫外光源的强度和/或开关；

20、通讯设置模块，用于通过串口通信和i/o信号将控制系统与dmd数字微镜、紫外光源和三维位移平台系统进行通信；

21、ccd模块，用于实时观测曝光过程。

22、所述的用于高精度无掩膜光刻系统的控制系统，所述曝光参数包括待光刻样品逐层切片的的灰度图像、待光刻样品的初始位置、待光刻样品逐层切片对应的每张图片的曝光时间和高度、每张图片之间的倾斜角θ、每张切片灰度图的单位像素点横纵尺寸dx和dy。

23、有益效果：本发明提供一种高精度无掩膜光刻系统、控制系统，高精度无掩膜光刻系统包括：三维位移平台系统，包括用于放置样品的物料台；投影系统，包括按投影光路依次设置的紫外光源、dmd数字微镜、第一物镜组和薄膜分束器；所述紫外光源用于发出对应波段的光，所述dmd数字微镜用于接收所述紫外光源发出的光并反射至所述第一物镜组；所述第一物镜组和所述薄膜分束器用于成倍缩小图案光并汇聚到所述物料台上；成像系统，包括设置于所述薄膜分束器一侧的第二物镜组、设置于所述第二物镜组背离所述薄膜分束器一侧的ccd相机，以及显示器。本发明通过自主搭建的投影系统将紫外光源发出的对应波段的光进行处理后，得到需要的特定大小的图案到达物料台进行光固化；而物料台中的曝光情况会经过薄膜分束器从观测光路被ccd相机接收并在显示器上显示，在多层重复曝光的过程中，通过观测光路对曝光位置进行对准，可以确保多层曝光的重复定位精度。即利用三维位移平台系统与dmd数字微镜结合，再配合所搭建的投影光路，从而得到一个高精度无掩膜光刻系统，实现3d打印的功能。

技术特征：

1.一种高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，所述紫外光源和所述dmd数字微镜之间设有平行光镜组，用于将所述紫外光源发出的对应波段的光准直为平行光。

3.根据权利要求1所述的高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，所述dmd数字微镜由1920个微镜列和1080个微镜行组成二维阵列。

4.根据权利要求1所述的高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，所述dmd数字微镜中的每个微镜相对于平板状态，在离散角度为-12°或离散角度为12°之间切换。

5.根据权利要求1所述的高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，所述投影系统还包括dmd控制器；所述dmd控制器用于控制所述dmd数字微镜中每个微镜的偏转角度。

6.根据权利要求1所述的高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，所述第一物镜组包括靠近所述dmd数字微镜设置的第一透镜，以及靠近所述薄膜分束器设置的第二透镜；所述第二透镜和所述薄膜分束器之间设置有可变光阑。

7.根据权利要求1所述的高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，所述高精度无掩膜光刻系统还包括与所述三维位移平台系统的xoy面垂直设置的镜组背板，以及与所述三维位移平台系统的xoy面平行设置且与所述镜组背板背离所述物料台的一侧连接的dmd托板；所述镜组背板和所述dmd托板用于固定所述投影系统和所述成像系统。

8.根据权利要求1所述的高精度无掩膜光刻系统，其特征在于，所述紫外光源为四通道的紫外光源；所述紫外光源的波长为365±5nm。

9.一种用于如权利要求1-8任一所述的高精度无掩膜光刻系统的控制系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的用于高精度无掩膜光刻系统的控制系统，其特征在于，所述曝光参数包括待光刻样品逐层切片的灰度图像、待光刻样品的初始位置、待光刻样品逐层切片对应的每张图片的曝光时间和高度、每张图片之间的倾斜角θ、每张切片灰度图的单位像素点横纵尺寸dx和dy。

技术总结
本发明涉及机械工程技术领域，尤其涉及一种高精度无掩膜光刻系统、控制系统，高精度无掩膜光刻系统包括：三维位移平台系统、投影系统、成像系统。本发明通过自主搭建的投影系统将紫外光源射出的光进行处理后，得到需要的特定大小的图案光到达物料台进行光固化；而物料台中的曝光情况会经过薄膜分束器从观测光路被CCD相机接收并在显示器上显示，在多层重复曝光的过程中，通过观测光路对曝光的位置进行对准，可以确保多层曝光的重复定位精度。即利用三维位移平台系统与DMD数字微镜结合，再配合所搭建的投影光路与观测光路，从而得到一个高精度无掩膜光刻系统，实现3D打印的功能。

技术研发人员：龚子丹,方源,卓尔瀚,李雨堯,张杰,刘钊,卓杰凯
受保护的技术使用者：深圳技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4