CN104471483A - 液体沉积光刻 - Google Patents

Abstract

用于液体沉积光刻的***和方法被描述。特别是，一些实施例关于使用光刻以控制材料(例如，光聚合物)的薄层的二维结构，通过使用各种掩膜版、投影光学和材料。在一些实施例中，这种薄层可以通过微流体技术***作，以使得能够在液体环境成形、图案化和后期处理该层，极大地简化了多层结构的创建。多个层被迅速建立以创建可能的多个材料的厚结构，多个材料的厚结构通过现有方法来制造目前具有挑战性。

Description

液体沉积光刻

相关申请交叉引用

本申请要求在2012年3月22提交的美国临时专利申请61/614,356，在此出于所有目的通过引入并入。

关于联邦资助的声明

本发明是由政府支持，获得美国国家科学基金会基金号为IIP0822695。政府对本发明具有某些的权利。

技术领域

本发明的各种实施例总体上涉及用于光刻的***和方法。特别地，一些实施例涉及用于液体沉积光刻的***和方法。

背景技术

光刻通常是指用于将几何图案转移至衬底上的光学过程。许多传统的光刻技术用光敏聚合物(通常称为“光刻胶”)来创建几何图案。负性光刻胶经曝光后变得聚合，而正性光刻胶允许通过曝光创建的图案被去除。因此，二维和三维浮雕图像可以在衬底上由固化光曝光光敏聚合物而被创建。固化光通常是紫外光。在很多情况下，光敏聚合物的多种处理方法可被用于创建复杂的几何图案。

光刻的一个优点是创建非常小且复杂的图案的能力。然而，传统的***通常需要平坦的衬底且在创建不平坦的形状上不是非常有效。此外，该过程的传统版本可能是耗时且昂贵的，特别是对于复杂的图案。因此，需要改进用于光刻的***和方法。

概述

本发明的各种实施例总体上涉及用于光刻的***和方法。特别地，一些实施例涉及实施光刻的***和方法，其中成形、图案化和后期处理发生在液体环境中。一些实施例提供了用于创建在电子设备(例如，电路)、光学元件(例如，透镜和全息图)、机械(例如，微机电***)和生物学(例如，组织支架)，或者这些的组合中常见的物理结构的液体沉积光刻***。该***可包括曝光室、光学图案生成器、光学窗口，和/或材料输送子***。曝光室可以容纳用于形成定制物理或折光指数结构的材料。该材料可以包括具有可以在被曝光于由光学图案生成器创建的光强度图案时局部地聚合的流动单体的感光液体。

光学窗口可以被配置为将曝光室从光学图案生成器分离。根据一些实施例，光学窗口允许强度图案进入曝光室，由此修改在曝光室中的材料的性质。光学窗口可以包括固体层，例如，提供机械支撑和形状保持。材料输送子***可以被配置为传输材料至曝光室。

本发明的具体实施例还包括包含有一套指令的计算机可读存储介质以使一个或多个处理器执行本文所描述的方法、该方法的变体，以及其它操作。

在一些实施例中，液体层可以在预先制造的结构和光学窗口之间被***。光学图案可以通过窗口被投影以修改感光液体的性质。一种这样的修改是光聚合而导致硬化、扩散和耐溶解。感光过程可以通过各种技术被限制以使其难于紧邻掩膜版发生。例如，可在一些实施例中使用一种化学抑制剂，其缓慢地从窗口的底层扩散出以创建对光学图案不敏感的一薄层液体材料。因此，窗口的底部提供了模具的功能(平坦的或其它)，而抑制剂提供了脱模的功能。在本实施方式中，在模具上没有磨损，因为固体材料从未有过接触。

基座平台可以被移动(例如，距离窗口一段精确的距离)以为下一层腾出空间，并重复该过程。基座的移动可以由现代动台控制到纳米级，从而实现非常精确的层控制。虽然这些步骤是代表性的，许多变型是可能的。例如，非感光的液体，如溶剂，也可用于特定的图案化步骤。在一些实施例中，各个步骤被压缩到一台具有许多优点的机器。

尽管多个实施例被公开，从以下示出和描述了本发明的示意性实施例的详细描述中，本发明的其它实施例对于本领域技术人员将会变得显而易见。如将要认识到的，本发明能够在各个方面进行修改，所有这些都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和详细描述应被视为示例性的而非限制性的。

附图说明

本发明的具体实施例将通过采用附图被描述和解释，其中：

图1所示是根据本发明的多个实施例的用于实施液体沉积光刻的***的高级别框图；

图2所示是根据本发明的多个实施例的液体沉积光刻过程的环境的简化物理布局；

图3A和3B所示是液体层厚度对在液体沉积光刻***中的模具的有效分辨率的影响；

图4所示是用于实施液体沉积光刻的一组操作的流程图；

图5所示是根据本发明的一个或多个实施例的用于多层折光指数三维结构的制造过程；

图6所示是根据本发明的多个实施例的可能被生产的多层部分、全息图、波导阵列和光子晶体的波导的样品；

图7所示在本发明的一个或多个实施例中可能被使用的示例性计算机***。

附图未必一直按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可以被扩大或者缩小以提高对本发明的实施例的理解。类似地，出于本发明的某些实施例的讨论的目的一些部件和/或操作可以被分成不同的块或者组合成单块。而且，虽然本发明服从各种修改和替代形式，但是已经在附图中通过示例的方式示出并且在下面详细的描述了特定实施例。然而，不将本发明限于所描述的特定实施方式。相反，本发明旨在覆盖落入由所附权利要求所限定的本发明的范围内的所有修改、等同物以及替代方案。

具体实施例

本发明的各种实施例总体上涉及用于光刻***和方法。特别地，一些实施例涉及实施光刻的***和方法，其中成形、图案化和后期处理发生在液体环境中。一些实施例提供了用于在电子设备(例如，电路)、光学元件(例如，透镜和全息图)、机械(例如，微机电***)和生物学(例如，组织支架)，或者这些的组合中常见的物理结构的制造的液体沉积光刻***。通过使用掩膜版、投影光学元件和材料，该液体沉积***可使用光刻以控制材料(例如，光聚合物)的薄层的二维结构。在一些实施例中，液体沉积***可以创建由微流体技术控制的薄层，以使得能够在液体环境中成形、图案化和后期处理该层，从热极大简化多层结构的创建。该结构的多个层被迅速建立以创建通过现有方法来制造目前具有挑战性的可能的多个材料的厚结构。。

在本发明的一些实施例中，固体窗口可以被用于能够进行液体前体的液压输送，使得许多层可以高速度迅速地制造，并且该层的厚度可任意地薄。这个窗口的内部可被布置成抵抗固态化的液体的附着，使得高流通量单光子吸收可以被用于光刻。扫描或投影光学光刻能选择性地图案化材料性能，包括液/固相、密度、指数或化学成分。窗口的内部可以大尺度(例如，透镜)或小尺度地对部分的表面塑形，类似于光纳米压印光刻。

通过本发明的不同的实施例提供的***和方法使得复杂的结构能够被创建，通过使材料远离光学窗口流动以建立多层结构。与此相反，一些传统的***允许液体跨窗口流动(例如，与窗口平行或大致平行地)，从而仅允许向材料的全部厚度的单一的曝光。此外，在传统的商业立体光刻中，窗口的第一和第二功能通过叶片提供，该叶片在一三维部分的顶部涂上未覆盖液体材料的平坦而均匀的层，该三维部分可在台上被移动(例如，向下、旋转等)。在这些传统***中的通过叶片涂新材料是耗时的且随着层厚度减少耗时变的更多。该层的最小高度是约5微米，厚度控制是大约+/-1微米。这些***采用的技术将过程限制于平坦的层。另外，具有多种材料的部分的制造将需要移除部分完成的零件，通过溶剂清洗，然后再将零件在第二液体材料中重新放置并重新对准。

一些实施例的一个优点是使用封闭的***，允许让新液体的非常平坦的层快速***。每个液体层可以是与前一层不同的材料，这对于使用开放式液体的“桶”的立体光刻是不可能实现的。双光子“微立体光刻”有时也使用类似曝光几何，其中激光扫描是通过一个窗口聚焦到一个平台。如同传统的立体光刻，焦点使图案聚合，然后平台远离焦点移动并重复该过程，以在微米尺度建立复杂的三维结构。在窗口上的聚合被聚合物的双光子反应抑制。所公开的***的一些优点是：1)利用一个高效的、单光子过程和高度平行的掩膜版光刻以及2)多种材料很容易***作。此外，一些传统的***在相邻的层只用不混溶的材料，这会使许多有趣的结构消失。

在下面的描述中，许多具体细节被阐述以便提供彻底理解本发明的实施例。这将是显而易见的，然而，对于本领域技术人员而言，在本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中，公知的结构和设备以框图的形式显示。

本发明的具体实施方式包括各种步骤，这些步骤将在下面被描述。该步骤可以通过硬件来执行，或者可以具体表现为机器可执行指令，其可以被用于引起由指令编程的通用或专用处理器来执行步骤。可替换地，这些步骤可以由硬件、软件和/或固件的组合来执行。

例如，一些实施例提供了一图形用户界面模块以生成被配置为获得指令、接收设计目标和传达效果的一个或多个图形用户界面屏幕，通用或专用“通信模块”用于与一个或多个其它模块和设备(例如，制造设备或制造控制模块)交互，“设计模块”用于接收和处理在数学上地表达设计目标、计算和制造限制的一组约束，“制造模块”用于控制制造设备以通过使用液体沉积光刻制造设备，以及其它通过本发明的实施例用于提供各种功能上需要的模块。还有，一些实施例可以将两个或多个这些模块合并为单一模块和/或与不同的模块相关联的一个或多个这些模块的功能性的一部分。

在下面的描述中，出于解释的目的，对许多特定细节进行了阐述，以便彻底理解本发明的实施例。然而，，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实施。本发明的实施例可以作为计算机程序产品被提供，其可以包括在其上存储指令的机器可读介质(或其它设备或机器)以执行过程或引起过程被执行。机器可读介质可以包括，但不限于，软盘、光盘、只读光盘存储器(CD-ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、专用集成电路(ASIC)、磁卡或光卡、闪存，或其他类型的媒体/机器可读介质的适合于存储电子指令。此外，本发明的实施例也可以被下载为计算机程序产品，其中该程序可以经由通信链路从一台远程计算机传送至请求计算机，通过以载波或其他传播介质体现的数据信号的方式。

术语

以下给出了贯穿本申请所用的术语、缩写词以及短语的简要定义。

术语“连接”或“耦合”和相关术语在操作意义上被使用，并且未必限于直接的物理连接或耦合。因此，例如，两个设备可以直接地或者经由一个或多个中间媒体或设备来耦合。作为另一示例，可以以能够在其间传递信息同时不与彼此共享任何物理连接的这样一种方式来耦合设备。基于本文所提供的公开内容，本领域技术人员根据前述定义将了解存在的连接或耦合的各种方式。

短语“在某些实施例中”、“根据各种实施例”、“在所示出的实施例中”、“在其它实施例中”等类似的短语一般意味着跟随该短语之后的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中，且可能被包括在多于一个实施例中。此外，这样的短语未必指的是相同的实施例或者指的是不同的实施例。

如果本说明陈述部件或特征“可以”、“能够”、“可能”或“也许”被包括或者具有特性，则不要求该特定部件或特征被包括或者具有该特性。

概述

图1示出了一个处理环境100的高级别框图，其中在电子设备(例如，电路)、光学元件(例如，透镜和全息图)、机械(例如MEMS)，生物(例如，组织支架)中常用的物理结构，和/或它们的组合可以根据本发明的各种实施例被制造。如图1所示，处理环境100提供可用于在单一的机器中使用的执行多个步骤的各种部件。该机器可以包括光学窗口110、曝光室120、材料输送***130、光学图案生成器140、光学监控***150和基座平台160。相对于传统的光刻***，本发明的各种实施例用微流体注射代替旋转涂布以及通过在非接触窗口上成形以平面化。在一些实施例中，模具可被用于缓慢释放自由基抑制剂(O2)，以保持材料前体的厚层(例如，大约1微米)，材料前体是非感光的，因此即使当通过光掩模被照射仍维持在液体状态。

在单个工具上的重复曝光极大地简化了对这个可向多层纳米图案化提供显著障碍的光掩模的对准。该布局也允许材料被限制于在模具(参见，例如，图3A-3B，310)和预先制造层之间的薄液体层中，从而免除了对传统的对粘合剂和溶剂的需要，加快了反应速度并减少了材料的浪费。因此，该***结合了掩膜版投影和软光刻表面控制的高通量和非接触的优点。通过压缩传统光刻的多个过程至一台机器，成千上万个单独的层可以被迅速建立成复杂的、三维的材料。

根据本发明各种实施例，光学窗口110提供了一个入口点进入曝光室120，对于来自于光学图案生成器140和光学监控***150的光具有低光学像差。光学窗口110的外表面可以被设计为与规定的形状(例如，平坦的或球面的)一致，以在光波长的一小部分内并且允许在曝光期间内保持该形状。其结果是，光学窗口110可以具有规定水平的硬度。

为了确定所形成的部件的上部的、工作表面的形状，光学窗口110的内表面可以是一个与固化的液体前体相对的模具，使得固化材料的各层具有与模具近似的形状。该模具可以是一个简单的形状(例如，平坦的或球面的)和/或具有复杂的微米至纳米尺度轮廓(例如，衍射光栅)。在至少一个实施例中，在内表面下方的液体层的厚度可以被调节，以控制模制过程的有效分辨率(参见，例如，图3)。

在各种实施例中，光学窗口110可以提供一封闭的腔室，使得液压(又叫做微流体)可以被用来控制一个或多个液体材料流入和流出曝光室120。在某些情况下，施加到液体的外部源的压力和/或平台的运动可以传输新的液体进入曝光室120。根据雷诺数，此传输可以是层状的。

光学窗口110的内部可以被布置成抵抗固化液体的附着，使得高流通量单光子吸收可以被用于光刻。所述内表面可以是与固化液体前体抗粘结的。在一些实施例中，这种“不粘”的行为可以包括窗口的化学处理。光纳米压印光刻可用于在紫外线固化前涂布具有化学脱模剂的软(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS))模。在这里，多层可以针对该处理按顺序被制造。扫描或投影光学光刻能选择性地图案化材料的性质，包括液/固相、密度、指数或化学成分。光学窗口110的内部可以大尺度(例如，透镜)或小尺度地对部分的表面塑形，类似于光纳米压印光刻。

光学窗口110的外部可以是具有足够的表面光学质量，具有低散射且与所需的形状近似以在光波长的一小部分内。光学窗口110可以是平坦的、球面的或非球面的，以满足光学图案生成器的需要(例如，掩膜投影光学元件)或符合内表面的形状。光学窗口110的主体可以包括多个层和/或内部的流体通道，其可以具有足够的坚硬性以保持在材料输送***130压力下的内部和外部形状。在一些实施例中，光学窗口110可以是低量光学散射和体积相位一致的，使得有足够的对比度和分辨率用于来自光学图案生成器140和光学监控***150的光。

光学窗口110的内部典型的可具有较大表面粗糙度和/或表面高度的变化，因为光学窗口110和液体材料的该指数差异比窗口和空气的该指数差异低得多。即，光学窗口110的光学质量取决于外表面，由于它具有相对于空气的较大该指数，而不是具有相对于液体材料前体的低该指数的内表面。在一些实施例中，光学窗口110的内部可以是平坦的表面或具有非平坦的、大尺度的形状(如球形)，其将会模制所得到的固体部分的形状。在一实施例中，光学窗口110的内部可以具有精细尺度细节，如在光纳米压印光刻的领域中已知的。如果液体前体填充内表面模具的精细细节，则层可以仅具有大尺度结构。然而，最后的曝光可消耗抑制剂，将最后一层固化到模具的精细尺度结构中，如在光纳米压印光刻中一样。

曝光室120可以包括热控制来调节化学反应或扩散的速率。曝光室120可以被密封(外部注射器的方式)，或者不密封，这取决于其它***部件的需求，主要是材料输送***130。腔室的各侧面可以与基座平台加材料一起移动或者各侧面可被固定在适当位置。在后一种情况下，当基座平台被移动时所制造的部分必须不附着在腔室侧面，否则该部分将被损坏。上述光学窗口110的任何方法是适当的以保持在腔室侧面的不粘特性。一些实施例中限制了液体前体的光曝光，使得与腔室侧面邻近的材料维持在液体状态。

如果在已建立一些厚度且基座平台160被停止后，光敏液体层仍保持在该部分的边缘(例如，透镜)，则可将全部部分区域暴露于光。这将会导致在该部分的边缘的液体层固化至腔室的侧面。该腔室中的固体部分现在可以被除去且：保留在一起，向所述制造的部分提供了一个外部的“包”或该腔室可被除去，形成该部分的“模具”，以向该部分的边缘提供特定的形状和/或表面抛光。

材料以液体形式被引入到处理***100，而出去的方式则是通过并为成品的一部分或作为从曝光室120中排出的“废”液体。有用的材料通常是那些与光有相互作用(例如，光聚合性树脂等)或预先制造的结构(例如，溶剂)。感光材料可包括那些在本领域中已知的，如光聚合、光不稳定(即随光学曝光断裂的键)，或者其它光引发的化学变化。非感光材料可包括扩散的材料，具有特意指定的光吸收的材料(例如，以阻止光渗透到预先制造的层)，包含纳米颗粒的悬浮体、细胞或其它小固体的材料，或与预先沉积的材料在化学上或物理上相互作用的材料(例如，溶剂或显影剂)。

在处理***100中可能的一种不寻常的材料的相互作用是利用光学钳法或捕获力来操控悬浮在液体中固体的位置和方向。即，光学图案的某部分，如果足够集中，可以吸引或排斥细胞、纳米颗粒、碳纳米管等等，并且安排这些进入液体层内指定的图案。如果该层接下来是通过热或光固化被固化的，则这样的安排就是永久性的。单个的材料可以包括一个以上的这些性质，例如，具有扩散的单体或悬浮的纳米颗粒的光聚合性液体。

材料输送***130输送可以通过微流体技术操作的液体材料，包括但不限于以下内容：1)基座平台160的动作，包括简单的远离平台的移动，但也包括更为复杂的进/出轨迹；2)更复杂的基座平台160的动作包括转动；3)泵送材料进或出曝光室120；4)一种或多种材料的层流以在单次曝光中创建多材料粒子；以及5)非层流通过显式混合器或通过通道尺寸的选择。该平台的高度可以被改变以控制雷诺数，从而控制整个零件的流动特性。

光学图案生成器140可使用多种技术生成光学图案。在一些实施例中，掩膜投影包括固定的和可重构的(例如，液晶)掩膜可以被使用。此外，计算机生成全息图可以在多种实施例中被使用。计算机生成全息图可以包括固定的和可重构(例如，液晶)的全息图。另外，掩膜接近技术可在一个或多个实施例中被使用。光学图案生成器140可以产生扫描焦点，通过透镜移动、检流计扫描器、声光扫描器，或其它技术/部件。光学图案生成器140可以包括多个这样的方法，可以在不同的波长操作。例如，一些实施例通过使用液晶空间光调制器提供一种在红外线中的活细胞的捕获以使用固定的掩膜投影在近紫外线生成全息图和单体的光聚合。

光学监控***150可以被使用，以测量所制造的零件的性质(例如，层厚度或光学指数)以对这些性质提供精确控制。传统的测量和层厚度的控制也可以被使用。在一些实施例中，光学监控***150可以测量基座平台160或局部制造的零件的对准，以使光学图案对这些已存在的特征的配准。各种传统的和新颖的对准技术可被用于将掩膜与现有的图案对准。

基座平台160通过远离窗口移动便于在预先曝光和固化的材料和窗口之间引入新液体材料。在一些实施例中，基座平台160可连续地移动，或在光学曝光过程中(被称为“停流光刻”)可能会停止。更复杂的移动轮廓可以被用来实现特定的过程。例如，在曝光步骤之间，平台可以远离光学窗口110移动，以允许液体的更大厚度，然后在下一次曝光之前被返回以创建薄层。这可以是在溶剂洗涤步骤中有用或提供更大体积的扩散材料。

基座平台160可以是透明的或反射性的，以使得能够对该过程进行光学监控。基座平台160，如同光学窗口110的内部，可以提供一模具的功能，成品零件将会从该模具上被除去。可替代地，基座平台160可作为成品设备的一个集成部件以与该零件一起保留以。在某些情况下，基座平台160可包括一个或多个以下内容：1)一个简单的衬底，例如光学平面或半导体晶片；2)光学部件如透镜、薄膜滤光器、晶体或偏振片；3)电、光或机械元件或它们的任意组合(例如，CMOS电路、电光调制器，或微机电***)；4)活组织；和/或5)光吸收器以抑制光学反射进入曝光区域。

图2示出了根据本发明的一些实施例的处理环境的简化物理布局的框图200。根据一些实施例，光学窗口110形成模具的上表面。由光学图案生成器140生成的光图案可以通过光学窗口110到达结构上。在一个或多个实施例中，光学窗口110允许光学图案进入曝光室120而不扰动，并且可以保持结构和/或为结构定形。

光学窗口110可以由玻璃或其它材料组成，并且可以与“不粘”表面层一起使用，其中该表面层通常由PDMS或氟化基团组成。窗口/模具材料的其它实例是可以由固体灌输液体组成。在这样的安排中，固体提供机械支撑和形状保持性，而液体提供了可补充的脱模层。

光学窗口的内表面可以是抵抗与固化液体前体粘结。这种“不粘”的表现可以包括对窗口的化学处理。例如，在一实施例中，光纳米压印光刻可被用于在紫外线固化前涂布具有化学脱模剂的软(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS))模。在这里，多层可以针对该处理按顺序被制造，因此要求在这种情况下更严格。在其它实施例中，在非感光状态直接与固态光学窗口相邻的一层液体材料前体可以被使用。液体材料前体的该层可以是每个层均匀的或各层之间可以变化。

一非感光层可以被应用而与被输送到曝光室的固态光学窗口直接相邻。这可以包括一液体层通过层流或气体(空气)层被输送，通过在内窗口面的超疏水性表面被保持。在一些情况下，材料前体的液体层通过化学抑制剂的存在呈现非感光性。这可以包括感光物质的抑制和消耗，通过从光学窗口的内表面扩散进入材料前体的紧邻层的具有抑制作用的化学物质。此扩散抑制剂可以首先被吸收到窗口的内表面上的可渗透的固体层内(例如，PDMS)。抑制剂从渗透层扩散到紧邻的材料前体，提供一直接与窗口相邻的薄且非感光层。通常，抑制剂的量是有限的。此外，虽然新抑制剂从外部源扩散是可能的，扩散时间与距离的平方成比例，并且因此沿可渗透固体层的长度输送的时间比抑制剂通过薄层厚度的扩散时间大得多。因此，在新抑制剂从边缘扩散进来以代替它之前，该层变成为抑制剂耗尽，证明该方法作为抑制物质的有限容量源的概念。

当抑制剂的浓度下降时，与窗口直接相邻的非感光层的厚度一般会下降，直到抑制剂被消耗完它达到零，而此时固化前体具有与窗口内表面粘结的潜在可能性。因此在制造消耗显著的抑制剂的厚部分的过程中维持恒定的和/或非零的液体层厚度，促进了输送或新的抑制剂的生成，且并非通过经由固体渗透层的扩散的方法。这些可以包括溶解在***的液体中的替换抑制剂的输送。当采用O₂作为抑制剂时，这种效果的某种程度由于大气中的氧的存在几乎是无法避免的。此外，可渗透的固体层的转换，其中可能包括外部光学窗口，可被用于将具有更高的抑制剂浓度的新区域代替耗尽的可渗透的固体。耗尽区可以被丢弃或再加入抑制剂以备后用。这可以被认为是“打印机色带”的方法。该抑制剂可以经由固体渗透层、通过微流体通道在一循环***中被实施。光学窗口对于抑制剂而言可以是可渗透的，使得其能够通过固体窗口的厚度被有效地被输送。微多孔玻璃例如维克玻璃可以填补这个角色。

抑制剂可通过化学过程在固体渗透层内生成。此化学过程可以通过一个或多个以下内容被启动：1)用于光图案化的光，使得抑制剂在靠近其被消耗的区域产生；2)与用于图案化的光波长不同的光，其可提供在生成的抑制剂的位置和浓度上的独立控制；3)热；和/或4)与一些存在于液体前体的物质的化学反应。优选地，存在于该窗口中的物质作为催化剂用于该液体所携带的物质，使得抑制剂仅产生于邻近窗口/液体的界面(由于催化剂的定位)且抑制剂的供给是无限的(由于输送具有液体前体的进入)。

在一些实施例中，光学捕获和光聚合可以被组合以使复杂的杂化材料成为可能。例如，硅珠可在液体中被通过液晶相位调制器图案化的具有514nm的光捕获。液体可以主要是水，具有一小部分(-10％)的可聚合材料(乙二醇)。当用紫外(UV)光照射时，液体变成了固体水凝胶，在此结构中永久锁定捕获的材料。随后的层可以添加新的结构来建立复杂的三维组织支架或其他杂化材料。

图3A-3B示出了液体层厚度对在液体沉积光刻***中的模具的有效分辨率的影响。如图3A所示，一液体层的厚度大于模具的表面特征有效地屏蔽来自固化层的这些特征。如图3B所示，一液体层的厚度小于表面的高度(包括没有液体层)会导致固化的材料表面近似于模具310的精细尺度轮廓。

图4是根据本发明的一个或多个实施例的用于实现液体沉积光刻的一组操作400的流程图。如图4所示，***操作410在预先制造的结构和光学窗口之间***液体层。投影操作420投影光学图案，通过该窗口来修改感光液体的性质。这样修改的一个例子是光聚合可导致硬化、扩散、或耐溶剂性。在一些实施例中，光感的过程可以被限制紧邻掩膜发生，例如，通过使用化学抑制剂，其缓慢地从该窗口的底层扩散出以创建具有非感光性的液体材料的一薄层。因此，在窗口的底部提供了模具的功能一平坦或其它一而由光抑制剂的功能创建的液体层是用作脱模。在本实施例中，在模具上没有磨损，因为固体材料是永不接触的。调节操作430相对于光学窗口沿轨迹轮廓(例如，距离光学窗口一段精确的距离)移动基座平台，以腾出空间给下一层。重复该过程。

图5和图6示出多层是如何按顺序地被制造以构建复杂的光学设备。在这种情况下，光聚合物允许在曝光完成后进行单体的扩散，引起曝光的区域发展增加的折光指数，如在全息光聚合物的领域已知的那样。该实施使得几乎是任意的指数三维分布成为可能。快速连续沉积和亚微米的薄层曝光使得用于高流通量光学元件制造的高分辨率三维指数结构成为可能。高分辨率指数结构和高流通量的结合对于其它制造技术而言是不可能的。更具体地，图5示出的用于多层折光指数3D结构的制造过程，而图6示出可能被生产的多层部分、全息图、波导阵列和光子晶体的波导的样品。

示例性计算机***概述

本发明的具体实施例包括各种步骤和操作，这在上面已经描述。各种这些步骤和操作可以由硬件部件来执行，或者可以具体表现为机器可执行指令，其可以被用于引起由指令编程的通用或专用处理器来执行步骤或引起一个或多个硬件部件来执行这些步骤。可替换地，这些步骤可以由硬件、软件和/或固件的组合来执行。像这样，图7是本发明的实施例可以利用的计算机***700的示例。根据本示例，该计算机***包括：总线710、至少一个处理器720、至少一个通信端口730、一个主存储器740、可移动存储介质750、只读存储器760和大容量存储器770。

处理器720可以是任何已知的处理器，比如，但不限于， 或处理器，或或处理器，或处理器的线路。通信端口(S)730可以是任何一个用于与调制解调器的拨号连接的RS-232端口、10/100以太网端口，或使用铜缆或光纤千兆位端口。通信端口730可以根据网络例如局域网(LAN)、广域网(WAN)或者任何与计算机***700连接的网络进行选择。

主存储器740可以是随机访问存储器(RAM)，或任何其它在本领域中公知的动态存储设备。只读存储器760可以是任何静态存储设备，例如可编程只读存储器(PROM)芯片，用于存储静态信息诸如用于处理器720的指令。

大容量存储器770可以被用于存储信息和指令。例如，也可以使用硬盘等家族的SCSI驱动器、光盘、磁盘阵列如RAID，如Adaptec家族的RAID驱动器，或者任何其它的大容量存储设备。

总线710将处理器720与其他存储器、存储器和通信模块通信耦合。总线710可以是基于PCI/PCI-X或基于SCSI***总线，取决于所使用的存储设备。

可移动存储介质750可以是任何类型的外部硬盘驱动器、软盘驱动器、Zip驱动器，只读光盘驱动器(CD-ROM)、可复写式光盘机(CD-RW)，或数字只读光盘存储器(DVD-ROM)。

以上描述的部件意在举例说明某些类型的可能性。上述实施例决不应当限制本发明的范围，因为它们仅是示例性实施例。

综上所述，本发明提供了新颖的***、方法和安排用于液体沉积光刻。虽然本发明的一个或多个实施例的详细描述已经在上面给出，各种替换、修改和等同物对于本领域技术人员而言将是显而易见的，改变不脱离本发明的精神。例如，尽管上面描述的实施例涉及特定的特征，本发明的范围还包括具有特征和表现形式的不同组合的实施例，而没有包括所有已描述的特征。因此，本发明的范围旨在涵盖所有这样的替换、修改和落在权利要求范围之内的变化，以及所有的等同物。因此，上面的描述不应被视为限制本发明，它是由所附的权利要求所限定的范围。

Claims (20)

1.一种液体沉积光刻的方法，包括：

在结构和光学窗口之间***感光液体层；

通过光学窗口投影光学图案以修改所述层的性质；

相对于所述光学窗口将基座平台移动一精确的距离，从而腾出空间用于随后的下一层；以及

多次重复以上步骤以逐层建立结构。

2.根据权利要求1所述的液体沉积光刻的方法，其中被修改的所述层的所述性质包括液/固相、密度、指数或化学成分。

3.根据权利要求1所述的液体沉积光刻的方法，进一步包括调节每一层的所述光学图案。

4.根据权利要求1所述的液体沉积光刻的方法，进一步包括释放化学抑制剂以在所述光学窗口和所述感光液体之间创建非感光的材料前体层。

5.根据权利要求4所述的液体沉积光刻的方法，进一步包括用于在***下一感光液体层之前调节所述材料前体层。

6.根据权利要求1所述的液体沉积光刻的方法，进一步包括通过层流输送直接与所述光学窗口相邻的非感光层。

7.根据权利要求1所述的液体沉积光刻的方法，其中所述光学图案是通过空间光调制器生成的。

8.根据权利要求1所述的液体沉积光刻的方法，其中所述结构包括定制的折光指数。

9.一种用于液体沉积光刻的***，包括：

曝光室；

进入到所述曝光室的光学窗口；

基座平台，被配置为相对于所述光学窗口表示零件；

图案生成器，被配置为通过所述光学窗口投影光学图案到所述零件，从而修改在所述和所述光学窗口之间的感光液体层的性质；以及

材料输送***用于输送材料进入所述曝光室，所述材料包括所述感光液体和将与所述光学窗口相邻的所述感光液体保持为液体形式的抑制剂。

10.根据权利要求9所述的***，其中所述曝光室是封闭的且所述材料输送***使用微流体注射以控制所述材料流入和流出曝光室。

11.根据权利要求9所述的***，其中所述光学窗口为所述零件提供模具。

12.根据权利要求9所述的***，其中所述抑制剂通过所述光学窗口被释放以将与所述光学窗口相邻的所述感光液体保持为液体形式。

13.根据权利要求12所述的***，其中与所述光学窗口相邻的为液体形式的所述感光液体通过调节所述抑制剂的释放被保持在大约设定的厚度。

14.根据权利要求9所述的***，其中所述曝光室包括热控制以调节化学反应或扩散的速率。

15.根据权利要求9所述的***，进一步包括光学监控***以测量所述零件的性质。

16.根据权利要求9所述的***，其中所述基座平台可以根据通过所述图案生成器的光学曝光之间的计划的轨迹进行旋转和移动。

17.一种液体沉积光刻的方法，包括：

选择感光液体以建立结构层；

在曝光室内在光学窗口和用于创建所述结构的模具之间***感光液体层。

释放自由基抑制剂以保持与所述光学窗口相邻的材料前体层，其中所述材料前体层是非感光的。

修改所述感光液体层的性质，其中修改所述性质包括通过所述光学窗口投影光学图案；以及

在多次重复以上步骤之前，根据轨迹轮廓调节基座平台的位置或方向，以逐层建立所述结构。

18.根据权利要求17所述的液体沉积光刻的方法，进一步包括通过使用光纳米压印光刻涂布具有化学脱模剂的所述模具。

19.根据权利要求17所述的液体沉积光刻的方法，进一步包括保持材料前体层的恒定厚度。

20.根据权利要求17所述的液体沉积光刻的方法，其中所述光学窗口的内侧被用于定形所述结构。