CN108227407B - 一种基于相干图像反馈的数字光成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于相干图像反馈的数字光成型方法，其特征是在数字光成型系统中引入激光干涉系统，通过激光干涉图形实时监控数字光成型系统中光刻胶对曝光剂量的响应情况。在曝光制作时，干涉图形会随着光刻胶吸收曝光剂量产生的折射率变化而产生形变，以此干涉图形的变化反馈光刻胶中已经曝光的深度，为曝光系统是否离焦提供在线检测依据，使得数字光成型系统的调焦系统形成闭环调节,从而实现对大纵深复杂微结构的精细数字光成型。本发明的优点是：使得数字光成型系统的调焦系统实现自适应闭环调节。可有效改善由于精缩透镜景深较小引起的大纵深复杂微结构数字光成型的纵向精度受限问题，实现对大纵深复杂微结构的精细数字光成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字光成型方法，尤其涉及一种基于相干图像反馈的数字光成型方法。
背景技术
数字光成型系统是一种基于空间光调制器（SLM）的数字掩模光刻系统，该系统利用SLM的快速调节能力，可实现复杂微结构的快速光成型，受到了国内外的广泛关注，但是数字光成型系统需使用精缩透镜来将SLM调制的虚拟数字掩模图形投影到基底上进行曝光，因此投影透镜的小景深一定程度的影响数字光成型系统的纵向制作精度，进一步的影响了数字光成型系统在大纵深复杂微结构制作上的应用，为了突破这种制作受限，需要在数字光成型系统中引入动态的调焦机制。目前国内外已有的调焦机制都是开环的，即利用CCD、CMOS等相机采集由光刻胶基底表面反射的图形，作为手动开环调焦依据，在制作过程中不再根据制作深度进行闭环动态调焦，不能动态响应大纵深复杂微结构的制作。针对目前数字光成型系统在制作大纵深复杂微结构时，由于制作系统景深限制纵向制作精度问题，本发明提出一种基于相干图像反馈的数字光成型方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相干图像反馈的数字光成型方法，以解决大纵深复杂微结构的数字光成型难题。该方法利用相干图像来实时监控基底光刻胶响应曝光剂量情况，实时的进行曝光位置的动态调整，减小由于曝光系统的小景深带来的制作精度影响，实现对大纵深复杂微结构的精细数字光成型。
本发明是这样来实现的，一种基于相干图像反馈的数字光成型方法，其特征是：在数字光成型系统中引入激光干涉系统，通过激光干涉图形实时监控数字光成型系统中光刻胶对曝光剂量的响应情况。在数字光成型系统曝光制作时，精缩透镜将SLM调制的数字掩模精缩成像在基底上，同时一束激光通过分束器均分为两束相干光源，其中一束光经反射镜反射进入探测干涉信号的CCD，另一束经涂覆光刻胶的基底反射后也进入探测干涉信号的CCD，调整经反射镜直接反射进入CCD的光束的光路长度，使得这两束光在CCD表面形成稳定的干涉图形。在曝光制作时，随着曝光剂量的吸收光刻胶会发生化学性质变化，使得光刻胶的折射率改变，因此干涉图形会随着光刻胶折射率的变化而产生形变，通过CCD可实时将监测到的干涉图形传输到软件系统进行光刻胶接受曝光剂量的反馈计算，从而可以监测已经曝光的深度，为曝光系统是否离焦提供在线检测依据，即为数字光成型系统的自动调焦提供反馈依据，使得数字光成型系统的调焦系统形成闭环调节,进一步实现对大纵深复杂微结构的精细数字光成型。
本发明所述的激光是由同一个激光器发出，并经过扩束准直的；为减小对光刻胶的影响，应选用CCD能接收到的波段中，光刻胶不敏感的波长。
本发明所述的干涉图形是二维平面图形。
本发明所述的离焦是指光刻胶上已经曝光制作的深度超出了数字光成型系统中精缩透镜的焦深。
本发明所述探测干涉信号的CCD可进一步的扩展为利用CMOS进行干涉信号探测。
本发明的优点是：采用激光干涉图形来实时监控数字光成型系统中光刻胶对曝光剂量的响应情况，为曝光系统的自动调焦提供在线反馈依据，使得数字光成型系统的调焦系统实现自适应闭环调节。可有效改善由于精缩透镜景深较小引起的大纵深复杂微结构数字光成型的纵向精度受限问题，实现对大纵深复杂微结构的精细数字光成型。
附图说明
图1为本发明实施例的基于相干图像反馈的数字光成型系统示意图。
在图中，1、SLM；2、吸光器；3、快门；4、紫外光源系统；5、1#分束镜；6、1#全反镜；7、2#分束镜；8；1#CCD；9、低通滤波片；10、窄带滤波片；11、2#CCD；12、2#全反镜；13、He-Ne激光器；14、3#分束镜；15、精缩透镜；16、计算机；17、控制箱；18、三维位移台。
具体实施方式
如图1所示，以反射式SLM（如DMD）组成的数字光成型系统及He-Ne激光为例，本发明是这样实现的：在曝光制作前先对系统进行首次调焦，将基底曝光位置调至边角位置，打开快门3，紫外光源系统4发出的光经2#全反镜12反射到达SLM1。SLM1由计算机动态传输显示数字掩模，经SLM1调制后的光先后穿过1#分束镜5和3#分束镜14到达精缩透镜15，再由精缩透镜15成像在基底表面上。在基底上成的像经基底反射进入精缩透镜，并经由3#分束镜14反射，再穿过2#分束镜7到达1#CCD8。通过观察1#CCD8的成像质量，可以指导系统实现首次调焦。当系统完成了首次调焦后，关闭快门3，打开He-Ne激光器13,经扩束准直的激光由1#分束镜５分为两束，其中一束反射进入3#分束镜14，另一束到达1#全反镜6。穿过3#分束镜的激光由精缩透镜15成像到基底上，并由基底反射再通过精缩透镜15返回到3#分束镜14，由基底反射回来的激光依次经3#分束镜14和2#分束镜7反射到达2#CCD10；同时由1#全反镜6反射的光穿过2#分束镜也到达2#CCD11，通过调整1#全反镜6与1#分束镜之间的光程，使得到达2#CCD11的两束光形成明显的干涉条纹，由2#CCD11采集干涉图形；在1#CCD8前装配了低通滤波片，以滤除到达1#CCD8的He-Ne激光，在2#CCD11前装配了窄带滤波片，以滤除到达2#CCD11的紫外光源的光。2#CCD11采集的干涉图形信号实时传输到计算机16进行图像分析，得到反馈信号的计算机16中的软件系统向控制箱17发送控制指令，控制箱17控制三维位移台18对基底位置进行动态调节，从而实现曝光系统的在线自适应精确调焦。
Claims (3)
1.一种基于相干图像反馈的数字光成型方法，其特征在于方法步骤是：
在数字光成型系统曝光制作时，精缩透镜将SLM调制的数字掩模精缩成像在基底上，同时一束激光通过分束器均分为两束相干光源，其中一束光经反射镜反射进入探测干涉信号的CCD，另一束经涂覆光刻胶的基底反射后也进入探测干涉信号的CCD，调整经反射镜直接反射进入CCD的光束的光程，使得这两束光在CCD表面形成稳定的干涉图形；
在曝光制作时，随着曝光剂量的吸收光刻胶会发生化学性质变化，使得光刻胶的折射率改变，因此干涉图形会随着光刻胶折射率的变化而产生形变，通过CCD实时将监测到的干涉图形传输到软件系统进行光刻胶接受曝光剂量的反馈计算，从而监测已经曝光的深度，为曝光系统是否离焦提供在线检测依据，即为数字光成型系统的自动调焦提供反馈依据，使得光成型系统的调焦系统形成闭环调节，进一步实现对大纵深复杂微结构的精细数字光成型。
2.根据权利要求1所述的一种基于相干图像反馈的数字光成型方法，其特征在于：所述激光是由激光器发出后经扩束、准直的连续激光，激光波长选取CCD接收波段中，光刻胶不敏感的长波。
3.根据权利要求1所述的一种基于相干图像反馈的数字光成型方法，其特征在于：探测干涉信号的CCD可进一步的扩展为利用CMOS进行干涉信号探测。
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