DE102019121106A1 - Method and device for generating a three-dimensional structure with at least one flat partial area - Google Patents

Method and device for generating a three-dimensional structure with at least one flat partial area Download PDF

Info

Publication number
DE102019121106A1
DE102019121106A1 DE102019121106.9A DE102019121106A DE102019121106A1 DE 102019121106 A1 DE102019121106 A1 DE 102019121106A1 DE 102019121106 A DE102019121106 A DE 102019121106A DE 102019121106 A1 DE102019121106 A1 DE 102019121106A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
focus
laser
trajectories
dimensional structure
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102019121106.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Ruth Houbertz
Benedikt Stender
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Multiphoton Optics GmbH
Original Assignee
Multiphoton Optics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Multiphoton Optics GmbH filed Critical Multiphoton Optics GmbH
Priority to PCT/DE2020/200038 priority Critical patent/WO2020233757A1/en
Priority to DE112020002505.5T priority patent/DE112020002505A5/en
Publication of DE102019121106A1 publication Critical patent/DE102019121106A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227Driving means
    • B29C64/232Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/101Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/704162.5D lithography

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur mit wenigstens einem flächigen, unebenen Teilbereich (30) in einem durch Einstrahlung eines Lasers (18) in einem Fokus (18a) des Lasers ortsaufgelöst polymerisierbaren Lithografiematerial (16). Die Position des Fokus (18a) innerhalb des Lithografiematerials (16) ist durch einen ersten Mechanismus (20) zum Verstellen des Fokus (18a) entlang einer parallel zu einer Strahlachse des Lasers (18) verlaufenden Z-Richtung und durch einen zweiten Mechanismus (22) zum Verstellen des Fokus' (18a) in einer transversal zur Strahlachse des Lasers (18) verlaufenden XY-Ebene verstellbar. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer Reihe von aneinander angrenzenden Bahnkurven (24) für eine Bewegung des Fokus (18a) abhängig von Daten zu der dreidimensionalen Struktur (28) und das Erzeugen der dreidimensionalen Struktur (28) durch Bewegen des Fokus' (18a) des Lasers entlang der Bahnkurven (24).Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens diejenigen Teilstücke der Bahnkurven (24), die zur Erzeugung des flächigen, unebenen Teilbereichs (30) bestimmt werden, in einer Projektion auf die XY-Ebene zumindest im Wesentlichen parallel verlaufen.The invention is based on a method for generating a three-dimensional structure with at least one flat, uneven partial area (30) in a lithography material (16) that can be polymerized in a spatially resolved manner by irradiating a laser (18) in a focus (18a) of the laser. The position of the focus (18a) within the lithography material (16) is determined by a first mechanism (20) for adjusting the focus (18a) along a Z direction running parallel to a beam axis of the laser (18) and by a second mechanism (22 ) adjustable for adjusting the focus (18a) in an XY plane running transversely to the beam axis of the laser (18). The method comprises determining a series of adjacent trajectories (24) for moving the focus (18a) depending on data on the three-dimensional structure (28) and generating the three-dimensional structure (28) by moving the focus (18a) Laser along the trajectories (24). It is proposed that at least those sections of the trajectories (24) which are intended to generate the flat, uneven partial area (30) run at least essentially parallel in a projection onto the XY plane.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur durch Einstrahlung eines Lasers in ein ortsaufgelöst polymerisierbares Lithografiematerial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung.The invention relates to a method for generating a three-dimensional structure by irradiating a laser into a spatially resolved polymerizable lithography material according to the preamble of claim 1 and a corresponding device.

Es ist bekannt, durch ortsaufgelöstes Polymerisieren von Lithografiematerialien im Fokus eines Laserstrahls durch dessen sich wiederholende lateraler Bewegung auf Ebenen senkrecht zur optischen Achse dreidimensionale Strukturen zu erzeugen. Dabei wird häufig zunächst eine polymerisierte Struktur innerhalb eines Lithografiematerials erzeugt, das die Struktur umgebende, beispielsweise flüssige oder als Dünnschicht vorliegende Lithografiematerial in einem Entwicklungsvorgang entfernt und die Struktur ggf. thermisch und/oder durch Belichtung mittels Lichtquelle geeigneter Wellenlänge, wie UV-Licht, sichtbares Licht und NIR-Licht, nachverhärtet.It is known to generate three-dimensional structures by spatially resolved polymerizing of lithography materials in the focus of a laser beam through its repetitive lateral movement on planes perpendicular to the optical axis. In this case, a polymerized structure is often first created within a lithography material, the lithography material surrounding the structure, for example liquid or thin-film, is removed in a development process and the structure is possibly visible thermally and / or by exposure to a light source of a suitable wavelength, such as UV light Light and NIR light, post-hardened.

Die Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, Verfahren auf der Grundlage von Zwei- oder Mehrphotonenpolymerisation. Dabei werden Laser mit Wellenlängen verwendet, die Polymerisationsprozesse im Lithografiematerial nicht durch ein einziges Photon auslösen können, sondern durch Mehrphotonenprozesse. Durch die im Vergleich zu Einphotonenprozessen quadratische Intensitätsabhängigkeit der Induzierung von Mehrphotonenprozessen kann die Ortsauflösung verbessert werden und die Wahrscheinlichkeit für ungewollte bzw. unkontrollierte Polymerisationsprozesse außerhalb des Fokalvolumens des Laserstrahls reduziert werden, wodurch insbesondere auch eine Fokussieroptik in das Lithografiematerial eingetaucht werden kann („Dip-In“), ohne dass das Lithografiematerial sich an der Lichtaustrittsfläche der Fokussieroptik verfestigt und dort anhaftet.The invention relates particularly, but not exclusively, to processes based on two- or multi-photon polymerization. Lasers are used with wavelengths that cannot trigger polymerization processes in the lithographic material with a single photon, but with multiphoton processes. Due to the quadratic intensity dependency of the induction of multi-photon processes compared to single-photon processes, the spatial resolution can be improved and the probability of undesired or uncontrolled polymerisation processes outside the focal volume of the laser beam can be reduced, whereby in particular focusing optics can also be immersed in the lithography material ("Dip-In “) Without the lithography material solidifying and adhering to the light exit surface of the focusing optics.

In dem Dokument Hong-Bo Sun and Satoshi Kawata, „Two-Photon Laser Precision Microfabrication and Its Applications to Micro-Nano Devices and Systems“ J. Lightwave Technol. 21, 624- (2003) ist ein als „Hüllenschreiben“ bekannt gewordenes Verfahren offenbart, in dem durch ortsaufgelöstes polymerisieren zunächst eine Hülle der Struktur geschrieben wird, diese durch Behandlung mit einem Lösungsmittel entwickelt wird und der flüssige Kern aus Lithografiematerial innerhalb der Hülle dann durch großflächige UV-Bestrahlung nachverhärtet wird. Im Vergleich zu Verfahren, in denen das gesamte Volumen der dreidimensionalen Struktur mit dem Laserfokus abgescannt wird, können durch das Hüllenschreiben die Prozesszeiten deutlich beschleunigt werden. Dabei wird die entsprechende Hülle durch eine laterale Bewegung des Laserfokus sukzessiv als Lage-für-Lage geformt.In the document Hong-Bo Sun and Satoshi Kawata, "Two-Photon Laser Precision Microfabrication and Its Applications to Micro-Nano Devices and Systems," J. Lightwave Technol. 21, 624- (2003) a process known as “envelope writing” is disclosed, in which first a shell of the structure is written by spatially resolved polymerisation, this is developed by treatment with a solvent and the liquid core made of lithographic material within the envelope is then post-hardened by extensive UV radiation. Compared to processes in which the entire volume of the three-dimensional structure is scanned with the laser focus, the process times can be significantly accelerated by writing the envelope. The corresponding envelope is successively formed as a layer by layer by a lateral movement of the laser focus.

Aus dem Paper Serbin et al „Three-dimensional nanostructuring of hybrid materials by two-photon polymerization“ (Proceedings of SPIE Vol. 5222 Nanocrystals, and Organic and Hybrid Nanomaterials, edited by David L. Andrews, Zeno Gaburro, Alexander N. Cartwright, Charles Y. C. Lee, (SPIE, Bellingham, WA, 2003) 0277-786X/03/$15.00) ist es bekannt, durch Hüllenschreiben und anschließendes Nachvernetzen analog zu Kawata et al. beliebige Strukturen in einer Lage-für-Lage-Manier zu schreiben, um so die dreidimensionale Struktur als Hülle auszubilden und das nichtbelichtete äußere Material mit einem geeigneten Lösemittel weggewaschen und der innere Kern mit einer UV-Lichtquelle vernetzt wird.From the Paper Serbin et al "Three-dimensional nanostructuring of hybrid materials by two-photon polymerization" (Proceedings of SPIE Vol. 5222 Nanocrystals, and Organic and Hybrid Nanomaterials, edited by David L. Andrews, Zeno Gaburro, Alexander N. Cartwright, Charles YC Lee, (SPIE, Bellingham, WA, 2003) 0277-786X / 03 / $ 15.00) it is known to write by envelope and subsequent post-crosslinking analogous to Kawata et al. to write any structures in a layer-by-layer manner in order to form the three-dimensional structure as a shell and the unexposed outer material to be washed away with a suitable solvent and the inner core to be crosslinked with a UV light source.

Aus dem Paper „Femtosecond laser polymerization of hybrid microoptical elements and their integration on the fiber tip“, Mangirdas Malinauskas et. al. Proceedings of SPIE, vol. 7716 ist es bekannt, durch Hüllenschreiben und anschließendes Nachverhärten Linsenstrukturen auf den Endflächen von Faseroptiken zu erzeugen.From the Paper "Femtosecond laser polymerization of hybrid microoptical elements and their integration on the fiber tip", Mangirdas Malinauskas et. al. Proceedings of SPIE, vol. 7716 It is known to produce lens structures on the end faces of fiber optics by envelope writing and subsequent post-hardening.

Zum Bewegen des Fokus innerhalb des Lithografiematerials wird das Lithografiematerial auf einem Träger oder Substrat oder in einem Badbehälter bereitgestellt. Zum Verstellen des Fokus entlang einer parallel zu einer Strahlachse des Lasers verlaufenden Z-Richtung wird z.B. die Fokussieroptik bewegt oder verstellt. To move the focus within the lithography material, the lithography material is provided on a carrier or substrate or in a bath container. To adjust the focus along a Z direction running parallel to a beam axis of the laser, e.g. the focusing optics are moved or adjusted.

Ein Verstellen des Fokus' in einer transversal zur Strahlachse des Lasers verlaufenden XY-Ebene wird in der Regel ein zweiter Mechanismus verwendet, der insbesondere unabhängig von dem ersten Mechanismus operiert. Dieser umfasst insbesondere einen mit mechanischen, magnetischen oder elektrischen Aktuatoren in der XY-Ebene verstellbaren Probentisch oder Chuck, so dass zum Erzeugen der einzig relevanten Relativbewegung zwischen dem Körper/Volumen des Lithografiematerials und dem Laserfokus letzterer im umgebenden Raum unbewegt bleibt und das Lithografiematerial durch den Laserfokus hindurch bewegt wird oder durch eine laterale/transversale Verstellung des Laserfokus, durch z. B. Galvo-Scanner, das Lithografiematerial unbewegt bleibt und der Laserfokus durch das Material hindurch bewegt wird. Die Bewegung insbesondere des Lithografiematerials, aber auch der gesamten Optik in der XY-Ebene ist wegen der Trägheit der mechanischen Aktuatoren oder des Kriechverhaltens piezoelektrischer allerdings sehr viel langsamer und schwieriger zu steuern als die Bewegung des Fokus in der Z-Richtung. Die laterale Bewegung des Lithografiematerials ist im Vergleich zur lateralen Bewegung des Laserfokus aufgrund der Trägheit der eingesetzten Achsen jedoch nicht so effizient.Adjustment of the focus in an XY plane running transversely to the beam axis of the laser is generally used using a second mechanism which, in particular, operates independently of the first mechanism. This includes, in particular, a sample table or chuck that can be adjusted in the XY plane with mechanical, magnetic or electrical actuators, so that in order to generate the only relevant relative movement between the body / volume of the lithography material and the laser focus, the latter remains immobile in the surrounding space and the lithography material through the Laser focus is moved through or by a lateral / transverse adjustment of the laser focus, by z. B. Galvo scanner, the lithography material remains stationary and the laser focus is moved through the material. The movement of the lithography material in particular, but also of the entire optics in the XY plane, is much slower and more difficult to control than the movement of the focus in the Z direction due to the inertia of the mechanical actuators or the piezoelectric creep behavior. However, the lateral movement of the lithography material is not as efficient as the lateral movement of the laser focus due to the inertia of the axes used.

Beispielsweise ist es aus der EP-3287262 A1 zudem bekannt, den nicht fokussierten Strahl einer Laserquelle über ein Galvo-Scanner-System in die Fokussieroptik einzuleiten und das zu bearbeitende Material auf der Oberfläche eines Chucks oder eines Hexapoden zu halten. Dieser ist wiederum auf einem zweiten, in einer in der XY-Ebene und um die Z-Achse drehbaren, verschiebbaren Träger angeordnet. Die Trägheit des Galvo-Scanner-Systems ist zwar geringer als diejenige von Aktuatoren, die größere Massen bewegen müssen, der Schreibbereich ist aber auf das Blickfeld der Fokussieroptik beschränkt und ermöglicht nur relativ kleine Bewegungen des Fokus', so dass größere Strukturen durch „Stitching“ aus kleineren Strukturen zusammengesetzt werden müssen. Dieses Stitching führt meist zu Nahtstellen, welche insbesondere bei optischen Elementen nachteilig für deren Funktion sind, da sie Aberrationen und Streuung erzeugen und so die Funktionsweise der mittels des Verfahrens hergestellten optischen Elemente signifikant verschlechtern können.For example, it is from the EP-3287262 A1 It is also known to introduce the non-focused beam from a laser source into the focusing optics via a galvo scanner system and to hold the material to be processed on the surface of a chuck or a hexapod. This is in turn arranged on a second, displaceable carrier which can be rotated in the XY plane and around the Z axis. The inertia of the galvo scanner system is less than that of actuators that have to move larger masses, but the writing area is limited to the field of view of the focusing optics and only allows relatively small movements of the focus, so that larger structures can be stitched. must be composed of smaller structures. This stitching usually leads to seams which are disadvantageous for their function, especially in the case of optical elements, since they generate aberrations and scattering and can thus significantly worsen the functioning of the optical elements produced by means of the method.

Beim Schreiben bzw. Erzeugen von Hüllen oder anderen zweidimensionalen Mannigfaltigkeiten im dreidimensionalen Raum wird der Laserfokus entlang vorgegebener Bahnkurven bewegt, die abhängig von Daten, die die zu erzeugende Struktur beschreiben, berechnet werden, wobei auch ein Schrumpfen der Struktur beim Entwickeln, Trocknen und/oder Nachverhärten berücksichtigt und vorkompensiert werden kann.When writing or generating envelopes or other two-dimensional manifolds in three-dimensional space, the laser focus is moved along predetermined trajectories that are calculated depending on data that describe the structure to be generated, with shrinkage of the structure during development, drying and / or Post-hardening can be taken into account and pre-compensated.

Algorithmen zum Berechnen dieser Bahnkurven sind vor allem aus dem klassischen, additiven 3D-Druck bekannt, in dem die Struktur schichtweise aufgebaut wird, d.h. für Schnitte parallel zur XY-Ebene in verschiedenen Z-Lagen werden nacheinander Schichten bzw. Konturen der Struktur erzeugt und die Struktur wird in Z-Richtung fortschreitend aufgebaut. Es wird demnach mit zweidimensionalen mathematischen Funktionen die dreidimensionale Topographie eines Körpers abgebildet und anschließend im Fabrikationsprozess umgesetzt. Im klassischen, additiven 3D-Druck ist dieser schichtweise Aufbau aus statischen Gründen sinnvoll. Diese statischen Gründe existieren aber in laserlithografischen Verfahren nicht.Algorithms for calculating these trajectories are mainly known from classic, additive 3D printing, in which the structure is built up in layers, i.e. For cuts parallel to the XY plane in different Z positions, layers or contours of the structure are created one after the other and the structure is built up progressively in the Z direction. The three-dimensional topography of a body is mapped using two-dimensional mathematical functions and then implemented in the manufacturing process. In classic, additive 3D printing, this layer-by-layer structure makes sense for static reasons. However, these static reasons do not exist in laser lithographic processes.

Algorithmen zum Berechnen der Bahnkurven, die die speziellen Anforderungen der Laserlithografie berücksichtigen, ist bisher wenig Aufmerksamkeit geschenkt worden.Little attention has been paid to algorithms for calculating the trajectories that take into account the special requirements of laser lithography.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, laserlithografische Verfahren der oben beschriebenen Art zu beschleunigen.The invention is based on the task of accelerating laser lithographic processes of the type described above.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by a method for generating a three-dimensional structure having the features of claim 1, by a corresponding computer program product and a device for carrying out such a method. Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur mit wenigstens einem flächigen, unebenen Teilbereich in einem durch Einstrahlung eines Lasers in einem Fokus des Lasers ortsaufgelöst polymerisierbaren Lithografiematerial beliebiger Art. Als „flächig“ soll in diesem Zusammenhang ein Teilbereich beschrieben werden, der im Rahmen der durch den endlichen Fokaldurchmesser gegebenen Genauigkeit eine zweidimensionale Mannigfaltigkeit ist, dessen Dicke also im Wesentlichen konstant ist und von der Größenordnung eines Fokaldurchmessers ist, wobei auch mehrlagige Flächen als flächiger Teilbereich beschrieben werden sollen, sofern die Dicke zumindest im Wesentlichen konstant ist. Dabei bedeutet „Wesentlichen konstant“, dass die Dicke in einem weit überwiegenden Teil, der z.B. wenigstens 80%, insbesondere wenigstens 90 % der Fläche ausmachen kann, konstant und gleichbleibend ist und in den verbleibenden Teilen z.B. Stützstrukturen zum Abstützen der Fläche vorgesehen sein können, um z.B. ein ungewolltes Zusammensacken einer Hülle vor einem Nachverfestigen zu vermeiden.The invention relates to a method for generating a three-dimensional structure with at least one flat, uneven sub-area in a lithography material of any type which can be polymerized in a spatially resolved manner by irradiating a laser in a focus of the laser. In this context, a sub-area is to be described as "flat", which in the frame The accuracy given by the finite focal diameter is a two-dimensional manifold, the thickness of which is therefore essentially constant and of the order of magnitude of a focal diameter, whereby multi-layer surfaces should also be described as a flat sub-area, provided the thickness is at least essentially constant. "Essentially constant" means that the thickness is in a predominant part, e.g. can make up at least 80%, in particular at least 90% of the area, is constant and constant and in the remaining parts e.g. Support structures can be provided to support the surface, e.g. to avoid an unwanted collapse of a shell prior to resolidification.

Als „uneben“ wird ein flächiger Bereich bezeichnet, der sich wesentlich von einer Ebene im dreidimensionalen Raum unterscheidet, insbesondere wenn der Krümmungstensor überall außer in isolierten Punkten oder Linien von null verschieden ist, insbesondere zwei von null verschiedene Eigenwerte hat, beispielsweise in zwei linear unabhängige Richtungen konvex oder konkav ist.“Uneven” is a flat area that differs significantly from a plane in three-dimensional space, especially if the curvature tensor differs from zero everywhere except in isolated points or lines, in particular has two eigenvalues different from zero, for example two linearly independent ones Directions is convex or concave.

Nach der Erfindung ist die Position des Fokus' innerhalb des Lithografiematerials durch einen ersten Mechanismus zum Verstellen des Fokus' entlang einer parallel zu einer Strahlachse des Lasers verlaufenden Z-Richtung und einen zweiten Mechanismus zum Verstellen des Fokus' in einer transversal zur Strahlachse des Lasers verlaufenden XY-Ebene verstellbar.According to the invention, the position of the focus within the lithography material is defined by a first mechanism for adjusting the focus along a Z direction running parallel to a beam axis of the laser and a second mechanism for adjusting the focus in a direction transverse to the beam axis of the laser XY plane adjustable.

Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer Reihe von aneinander angrenzenden Bahnkurven für eine Bewegung des Fokus' abhängig von Daten der dreidimensionalen Struktur. In diesem Zusammenhang bedeutet „aneinander angrenzend“, dass die Abstände der Bahnkurven der Bahnkurvenschar zu jeweils den nächsten Bahnkurven in der Größenordnung des Fokaldurchmessers oder etwas kleiner ist, so dass durch Bewegen des Laserfokus' entlang der Bahnkurven der Bahnkurvenschar eine stetige oder quasi-stetige Fläche entsteht. Die einzelnen Bahnkurven müssen nicht in Abschnitten voneinander getrennt sein, sondern können zu einer einzigen Gesamtbahnkurve zusammengefasst werden, die dann z.B. mäanderartig durchlaufen wird, wobei in diesem Fall jeweils in konstantem Abstand zueinander verlaufende, benachbarte Abschnitt der Gesamtbahnkurve als Bahnkurven im Sinne der Erfindung bezeichnet werden. Für Objektive mit hoher numerischer Apertur (NA) sind Abstände im Bereich 0,1 µm bis 5 µm bevorzugt. Wenn Strukturen mit optischer Funktion geschrieben werden, werden vorzugsweise Bahnkurven in Abständen von 0,1 µm bis 1 µm erzeugt.The method comprises the determination of a series of adjacent trajectories for a movement of the focus as a function of data from the three-dimensional structure. In this context, "adjacent to each other" means that the distances between the trajectories of the family of trajectories and the next trajectories are in the order of magnitude of the focal diameter or slightly smaller, so that by moving the laser focus along the trajectories of the family of trajectories, a steady or quasi-continuous surface arises. The individual trajectories do not have to be in sections from one another be separated, but can be combined into a single overall trajectory, which is then traversed, for example, in a meandering manner, in which case adjacent sections of the overall trajectory running at a constant distance from one another are referred to as trajectories in the sense of the invention. For objectives with a high numerical aperture (NA), distances in the range from 0.1 µm to 5 µm are preferred. If structures with an optical function are written, trajectories are preferably generated at intervals of 0.1 µm to 1 µm.

Das Bewegen des Fokus bewirkt das Erzeugen der dreidimensionalen Struktur durch das Bewegen des Fokus des Lasers entlang der Bahnkurven. Die „Bewegung des Fokus'” umfasst entweder das kontinuierliche Einstrahlen und Arbeiten des Lasers oder das Erzeugen regelmäßiger Pulse, wobei im letztgenannten Fall der Fokus nicht kontinuierlich, sondern in kleinen Schritten bewegt wird, deren Länge von der Größenordnung des Fokaldurchmessers ist, so dass die durch die einzelnen Pulse erzeugten polymerisierten Bereiche ganz oder teilweise überlappen und so eine quasi-kontinuierliche, linienförmige polymerisierte Struktur im Lithografiematerial bilden.Moving the focus creates the three-dimensional structure by moving the focus of the laser along the trajectories. The “movement of the focus” includes either the continuous irradiation and operation of the laser or the generation of regular pulses, whereby in the latter case the focus is not moved continuously but in small steps, the length of which is of the order of magnitude of the focal diameter, so that the completely or partially overlap polymerized areas generated by the individual pulses and thus form a quasi-continuous, linear polymerized structure in the lithography material.

Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, dass wenigstens diejenigen Teilstücke der Bahnkurven, die zur Erzeugung des flächigen, unebenen Teilbereichs bestimmt werden, in einer Projektion auf die XY-Ebene zumindest im Wesentlichen parallel verlaufen. Dadurch kann erreicht werden, dass beim Durchlaufen der Bahnkurven der trägere zweite Mechanismus zum Verstellen des Fokus in der transversal zur Strahlachse des Lasers verlaufenden XY-Ebene nur mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt werden muss und keine Beschleunigungen gesteuert werden müssen, aufgrund derer die Bahngeschwindigkeit zur Vermeidung von Präzisionsverlusten reduziert werden müsste. Die Bearbeitungszeiten können im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, in denen die Bahnkurven so berechnet werden, dass ihre Z-Komponente im Wesentlichen konstant bleibt, während sich die Richtung der Bahngeschwindigkeit in der XY-Ebene schnell ändert, verringert werden.According to the invention, it is proposed that at least those sections of the trajectories which are determined to generate the flat, uneven section run at least essentially parallel in a projection onto the XY plane. As a result, it can be achieved that when traversing the trajectories, the slower second mechanism for adjusting the focus in the XY plane running transversely to the beam axis of the laser only has to be moved at a constant speed and no accelerations need to be controlled due to which the trajectory speed to avoid of precision losses would have to be reduced. The processing times can be reduced compared to conventional solutions in which the trajectories are calculated in such a way that their Z component remains essentially constant, while the direction of the path speed changes rapidly in the XY plane.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass eine Bahngeschwindigkeit der Teilstücke der Bahnkurven zur Erzeugung des flächigen, unebenen Teilbereichs in einer Projektion auf die XY-Ebene zumindest im Wesentlichen konstant ist.In particular, it is proposed that a path speed of the sections of the path curves for generating the flat, uneven section is at least essentially constant in a projection onto the XY plane.

In diesem Zusammenhang ist das Merkmal „im Wesentlichen parallel“ der Bahnkurven bzw. „im Wesentlichen konstant“ bezogen auf die Bahngeschwindigkeit so zu verstehen, dass die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung auch bei geringfügigen Abweichungen erreicht werden, deren Stärke von dem Verhältnis der Trägheit der Achsen abhängt, d.h. die langsameren XY-Achsen nicht zu einem begrenzenden Faktor für die Schreibgeschwindigkeit werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Bahnkurven so bestimmt sind, dass ein maximaler Betrag einer XY-Komponente der transversalen Bahnbeschleunigung um wenigstens einen Faktor 10 kleiner ist als der maximale Betrag einer Z-Komponente der transversalen Bahnbeschleunigung. Die maximalen Werte der Z-Komponente der Beschleunigungswerte liegen vorzugsweise zwischen 50 - 1000000 mm/s2.In this context, the feature “essentially parallel” of the trajectories or “essentially constant” in relation to the path speed is to be understood in such a way that the advantageous effects of the invention are achieved even with slight deviations, the strength of which depends on the ratio of the inertia of the axes depends, ie the slower XY-axes do not become a limiting factor for the writing speed. This can be achieved, for example, if the trajectories are determined in such a way that a maximum amount of an XY component of the transverse trajectory acceleration is by at least one factor 10 is smaller than the maximum amount of a Z component of the transverse path acceleration. The maximum values of the Z component of the acceleration values are preferably between 50 and 1,000,000 mm / s 2 .

Alternativ zur Steuerung mit konstanter Bahngeschwindigkeit kann in der Projektion auf die XY-Ebene kann auch eine Steuerung mit konstantem Betrag Bahngeschwindigkeit im Raum oder eine Steuerung mit konstantem Vernetzungsgrad gewählt werden, wobei in letzteren neben der Bahngeschwindigkeit auch die Laser-Intensität und ggf. eine Eintauchtiefe einfließen kann.As an alternative to the control with constant path speed, a control with a constant amount of path speed in space or a control with a constant degree of networking can also be selected in the projection onto the XY plane, whereby in the latter, in addition to the path speed, the laser intensity and, if necessary, an immersion depth can flow in.

Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, für solche Verfahren vorteilhaft anwendbar, in denen der flächige, unebene Teilbereich ein Teilbereich einer äußeren Hülle der dreidimensionalen Struktur ist, wobei das Verfahren dann insbesondere das Erzeugen der äußeren Hülle der dreidimensionalen Struktur durch Bewegen des Fokus des Lasers entlang der Bahnkurven, das Entfernen des nicht polymerisierten Lithografiematerials in einem Raum außerhalb der äußeren Hülle und optional das Nachverhärten des nicht polymerisierten Lithografiematerials innerhalb der äußeren Hülle durch Belichten und/oder Erwärmen umfasst. Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass das im Innern befindliche Material nachverhärtet werden muss, sondern es kann auch im flüssigen Zustand vorliegen. Ferner eignet sich das Verfahren auch zum Erzeugen freitragender Flächen, z.B. Kuppelartiger Strukturen, die im Endzustand nicht mit Lithografiematerial gefüllt sind.The invention is particularly, but not exclusively, advantageously applicable to those methods in which the flat, uneven sub-area is a sub-area of an outer shell of the three-dimensional structure, the method then in particular the creation of the outer shell of the three-dimensional structure by moving the focus of the Laser along the trajectories, the removal of the unpolymerized lithography material in a space outside the outer shell and optionally the post-curing of the unpolymerized lithography material inside the outer shell by exposure and / or heating. However, it is not absolutely necessary that the material located inside has to be post-hardened, but it can also be in the liquid state. The method is also suitable for producing self-supporting surfaces, e.g. Dome-like structures that are not filled with lithography material in the final state.

Der erste Mechanismus zum Verstellen des Fokus kann insbesondere ein verstellbares Objektiv umfassen, das vorzugsweise, aber nicht zwingend, zum Eintauchen in das Lithografiematerial ausgelegt ist.The first mechanism for adjusting the focus can in particular comprise an adjustable lens which is preferably, but not necessarily, designed to be immersed in the lithography material.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der erste Mechanismus eine besonders kurze Einschwingzeit (step-and-settle-time oder setting time) von weniger als 50 ms hat, insbesondere weniger als 10 ms.It is also proposed that the first mechanism have a particularly short settling time (step-and-settle time or setting time) of less than 50 ms, in particular less than 10 ms.

Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Einschwingzeit des ersten Mechanismus um wenigstens einen Faktor 5 kleiner ist als eine Einschwingzeit des zweiten Mechanismus. Dadurch kann durch die erfindungsgemäße Bestimmung der Bahnkurven ein besonders spürbarer Zeitgewinn erzielt werden.It is also proposed that a settling time of the first mechanism by at least one factor 5 is smaller than a settling time of the second mechanism. As a result, a particularly noticeable gain in time can be achieved by determining the trajectories according to the invention.

Die kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der erste Mechanismus als ein kombinierter Mechanismus, bestehend aus einer luftgelagerten Achse und einer Piezo-Achse, ausgestaltet ist, wobei die Piezo-Achse die schnellen Komponenten der Gesamtbewegung ausführt und die trägere luftgelagerte Achse langsamere Komponenten der Gesamtbewegung erzeugt.This can be achieved in particular in that the first mechanism is designed as a combined mechanism, consisting of an air-bearing axis and a piezo-axis, the piezo-axis executing the fast components of the overall movement and the more sluggish air-bearing axis performing the slower components of the overall movement generated.

Der zweite Mechanismus, der insbesondere eine XY-Bühne sein kann, ist in verschieden Ausgestaltungen der Erfindung dazu ausgelegt, einen Träger mit oder ohne Rand oder einen Badbehälter zum Halten des Lithografiematerials bei fester XY-Position der Strahlachse in der XY-Ebene zu bewegen. In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann das Lithografiematerial durch Kapillarkräfte gehalten werden, so dass selbst bei sehr flüssigem Material keinerlei Begrenzung durch Behälter notwendig wird.The second mechanism, which can in particular be an XY stage, is designed in various configurations of the invention to move a carrier with or without a rim or a bath container for holding the lithography material with a fixed XY position of the beam axis in the XY plane. In further refinements of the invention, the lithography material can be held by capillary forces, so that even with very liquid material there is no need for any limitation by containers.

Eine weitere Möglichkeit das Lithografiematerial zu halten ist die Kombination eines z.B. hydrophoben Materials mit Hydrophilen Flächen (und umgekehrt). Das Lithografiematerial bleibt selbst in der Position. Werden die Materialien gegeneinander verschoben, bewegt das zu strukturierende Lithografiematerial sich mit.Another possibility to hold the lithographic material is the combination of e.g. hydrophobic material with hydrophilic surfaces (and vice versa). The lithographic material remains in position. If the materials are shifted against each other, the lithography material to be structured moves with them.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Bahnkurven so bestimmt werden, dass sich ein Abstand der Bahnkurve von einer Oberfläche der dreidimensionalen Struktur entlang einer Bahnkurve lokal verändert und ein Längsdurchmesser des Fokus abhängig von dem Abstand verändert wird. Insbesondere kann der Längsdurchmesser des Fokus durch eine Änderung einer Intensität des Lasers geändert werden. Die Z-Komponente der nachzuzeichnenden Oberfläche der dreidimensionalen Struktur kann dann in einen der Z-Komponente der Bahnkurve entsprechenden Anteil und einen durch den Abstand bzw. halben Längsdurchmesser des Laserfokus realisierten Anteil erzeugt werden. Dabei können bei der Aufteilung die dynamischen Eigenschaften der Leistungssteuerung des Lasers einerseits und des ersten Mechanismus andererseits berücksichtigt werden.It is further proposed that the trajectories are determined in such a way that a distance between the trajectory and a surface of the three-dimensional structure changes locally along a trajectory and a longitudinal diameter of the focus is changed as a function of the distance. In particular, the longitudinal diameter of the focus can be changed by changing an intensity of the laser. The Z component of the surface of the three-dimensional structure to be traced can then be generated in a portion corresponding to the Z component of the trajectory and a portion realized by the distance or half the longitudinal diameter of the laser focus. The dynamic properties of the power control of the laser on the one hand and the first mechanism on the other hand can be taken into account in the division.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt zum Bestimmen von Bahnkurven zur Verwendung in einem Verfahren der vorgenannten Art.Another aspect of the invention relates to a computer program product for determining trajectories for use in a method of the aforementioned type.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem darauf installierten Computerprogrammprodukt der vorgenannten Art, einem Träger mit oder ohne Rand oder Badbehälter für ein Lithografiematerial, einem Laser zum ortsaufgelösten Polymerisieren des Lithografiematerials, einem ersten Mechanismus zum Verstellen des Fokus entlang einer parallel zu einer Strahlachse des Lasers verlaufenden Z-Richtung, einem zweiten Mechanismus in einer transversal zur Strahlachse des Lasers verlaufenden XY-Ebene, und einer Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, die Bahnkurven zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur mit Hilfe des Computerprogrammprodukts zu bestimmen und den Fokus des Lasers mit dem ersten Mechanismus und dem zweiten Mechanismus in dem Lithografiematerial entlang der Bahnkurven zu bewegen.Another aspect of the invention relates to a device with a computer program product of the aforementioned type installed thereon, a carrier with or without a rim or bath container for a lithography material, a laser for spatially resolved polymerisation of the lithography material, a first mechanism for adjusting the focus along a beam axis parallel to a beam axis of the laser running Z-direction, a second mechanism in an XY plane running transversely to the beam axis of the laser, and a control unit which is designed to determine the trajectories for generating a three-dimensional structure with the aid of the computer program product and the focus of the laser with moving the first mechanism and the second mechanism in the lithographic material along the trajectories.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die gesamte Beschreibung, die Ansprüche und die Figuren offenbaren Merkmale der Erfindung in speziellen Ausführungsbeispielen und Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren Kombinationen oder Unterkombinationen zusammenfassen, um die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, an seine Bedürfnisse oder an spezielle Anwendungsbereiche anzupassen.Further features and advantages emerge from the following description of the figures. The entire description, the claims and the figures disclose features of the invention in specific exemplary embodiments and combinations. The person skilled in the art will also consider the features individually and combine them into further combinations or sub-combinations in order to adapt the invention as defined in the claims to his needs or to special areas of application.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine Schematische Darstellung von nach dem Stand der Technik berechneten Bahnkurven;
  • 3 eine Schematische Darstellung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Bahnkurven;
  • 4 eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 6 eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7a - 7c verschiedene Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 8a - 8c ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines diffraktiven optischen Elements (DOE);
  • 9 ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer frei tragenden Fläche;
  • 10 ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung der frei tragenden Fläche aus 9; und
  • 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer entlang einer Bahnkurve variierenden Strahlungsintensität.
Show:
  • 1 a device for generating a three-dimensional structure according to a first embodiment of the invention;
  • 2 a schematic representation of trajectories calculated according to the prior art;
  • 3 a schematic representation of trajectories calculated according to the method according to the invention;
  • 4th a device for generating a three-dimensional structure according to a second embodiment of the invention;
  • 5 a device for generating a three-dimensional structure according to a third embodiment of the invention;
  • 6th a device for generating a three-dimensional structure according to a fourth embodiment of the invention;
  • 7a - 7c various steps of a method according to the invention;
  • 8a - 8c a further application example of the method according to the invention for producing a diffractive optical element (DOE);
  • 9 a further application example of the method according to the invention for producing a self-supporting surface;
  • 10 Another application example of the method according to the invention for producing the self-supporting surface 9 ; and
  • 11 a further embodiment of the method according to the invention with a radiation intensity that varies along a trajectory.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit 10 mit einem darauf installierten erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, welches bei seiner Ausführung ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Die Vorrichtung umfasst eine Laserquelle (nicht dargestellt), ein Objektiv 12 mit verstellbarem Fokus und einen Badbehälter 14 für ein Lithografiematerial 16, das ein organisches, anorganisches oder organisch-anorganisches Mischmaterial mit Polymerisationsinitiatoren ist. Die Laser-Wellenlänge und Intensität eines Lasers 18 aus der Laserquelle ist so abgestimmt, dass im Laserfokus 18a durch Zwei- oder Mehrphotonenreaktionen Polymerisationsprozesse initiiert werden, die zu einer Vernetzung des Lithografiematerials 16 führen und das Lithografiematerial 16 ortsaufgelöst polymerisieren. Wie bereits erwähnt kann in anderen Ausgestaltungen der Erfindung das Lithografiematerial auch ohne Badbehälter gehalten werden, beispielsweise auf flachen Trägern, durch Kapillarkräfte oder durch Benetzungseffekte. 1 shows a first embodiment of the invention. A device according to the invention comprises a control unit 10 with a computer program product according to the invention installed thereon which, when executed, carries out a method according to the invention. The device comprises a laser source (not shown), an objective 12 with adjustable focus and a bath tank 14th for a lithographic material 16 , which is an organic, inorganic or organic-inorganic mixed material with polymerization initiators. The laser wavelength and intensity of a laser 18th from the laser source is tuned so that in the laser focus 18a Polymerization processes are initiated by two- or multi-photon reactions, leading to crosslinking of the lithographic material 16 lead and the lithographic material 16 Polymerize in a spatially resolved manner. As already mentioned, in other configurations of the invention the lithography material can also be held without a bath container, for example on flat supports, by capillary forces or by wetting effects.

Das Objektiv 12 bzw. der Laserfokus 18a kann von der Steuereinheit 10 über einen ersten Mechanismus 20 zum Verstellen des Fokus entlang einer parallel zu einer Strahlachse des Lasers verlaufenden Z-Richtung verstellt werden, und zwar bei fester XY-Position der Strahlachse in der XY-Ebene.The objective 12 or the laser focus 18a can from the control unit 10 through a first mechanism 20th to adjust the focus along a Z-direction running parallel to a beam axis of the laser, with a fixed XY position of the beam axis in the XY plane.

Der Badbehälter 14 mit dem Lithografiematerial 16 steht auf einer XY-Bühne 22, die in einer transversal zur Strahlachse des Lasers 18 verlaufenden XY-Ebene bewegt werden kann, so dass sich das Lithografiematerial 16 mitbewegt. Durch Bewegen der XY-Bühne 22 bewegt sich daher der Laserfokus 18a innerhalb des Lithografiematerials 16 bzw. relativ zum Lithografiematerial 16.The bath tank 14th with the lithographic material 16 stands on an XY stage 22nd in a transverse direction to the beam axis of the laser 18th extending XY-plane can be moved so that the lithography material 16 moved along. By moving the XY stage 22nd therefore the laser focus moves 18a within the lithographic material 16 or relative to the lithographic material 16 .

Die Steuereinheit 10 bewegt zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur den Laserfokus 18a entlang vorgegebener Bahnkurven 24 im dreidimensionalen Raum innerhalb des Lithografiematerials 16. Vorab berechnet die Steuereinheit 10 mit Hilfe des Computerprogrammprodukts diese Bahnkurven 24 aus 3D-Daten der dreidimensionalen Struktur und bewegt dann den Fokus 18a des Lasers 18 mit dem ersten Mechanismus 20 und dem zweiten Mechanismus 22 entlang der berechneten Bahnkurven in dem Lithografiematerial 16.The control unit 10 moves the laser focus to create a three-dimensional structure 18a along specified trajectories 24 in three-dimensional space within the lithographic material 16 . The control unit calculates in advance 10 these trajectories with the aid of the computer program product 24 from 3D data of the three-dimensional structure and then moves the focus 18a of the laser 18th with the first mechanism 20th and the second mechanism 22nd along the calculated trajectories in the lithographic material 16 .

Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn beim Erzeugen dreidimensionalen Struktur wenigstens ein flächiger, unebener Teilbereich erzeugt werden muss, weil die Struktur oder eine Vorläuferstruktur (wie z.B. eine Hülle) einen solchen Teilbereich umfasst oder insgesamt eine flächige, unebene Struktur ist. Dies kommt insbesondere beim „Hüllenschreiben“ vor, könnte aber auch in anderen Zusammenhängen auftreten.The advantages of the invention come into play in particular when at least one flat, uneven sub-area has to be generated when generating a three-dimensional structure, because the structure or a precursor structure (such as a shell) comprises such a sub-area or is a flat, uneven structure overall. This occurs in particular with "envelope writing", but could also occur in other contexts.

In diesem Fall wird der flächige, unebene Teilbereich aus einer Sequenz von aneinander angrenzenden Bahnkurven 24 mit im Wesentlichen Gleichen Abstand erzeugt, die einer regelmäßigen Schraffur im dreidimensionalen Raum entsprechen. Erfindungsgemäß verlaufen die Teilstücke der Bahnkurven 24, die zur Erzeugung des flächigen, unebenen Teilbereichs bestimmt sind, in einer Projektion 24' (3) auf die XY-Ebene zumindest im Wesentlichen parallel.In this case, the flat, uneven sub-area is made up of a sequence of adjacent trajectories 24 generated with essentially the same distance, which correspond to a regular hatching in three-dimensional space. According to the invention, the sections of the trajectories run 24 , which are intended to generate the flat, uneven sub-area, in a projection 24 ' ( 3 ) at least substantially parallel to the XY plane.

In dem in 2 und 3 dargestellten Beispiel soll die äußere Hülle 30 einer konvexen Linsenstruktur erzeugt werden, während das Volumen innerhalb der Hülle 30 unbehandelt bleiben soll. Die Hülle 30 ist ein flächiger, unebener Teilbereich im Sinne der Erfindung.In the in 2 and 3 shown example is the outer shell 30th a convex lens structure while the volume is within the envelope 30th should remain untreated. The case 30th is a flat, uneven partial area within the meaning of the invention.

Nach dem in 2 dargestellten Stand der Technik die dreidimensionale Fläche bzw. der dreidimensionale Körper in parallel zur XY-Ebene verlaufenden Schnittebenen geschnitten wird und der Laser in Bahnkurven 24a geführt wird, die ebenfalls in diesen Schnittebenen verlaufen, so dass eine Projektion der Bahnkurven 24a auf die XY-Ebene der krummlinigen Kontur bzw. Höhenlinie des dreidimensionalen Körpers (im Fall der 2 kreisförmig) folgt. Die Bewegung des Laserfokus' entlang dieser Kontur wird allein durch den zweiten Mechanismus 22 gesteuert.After the in 2 Prior art shown, the three-dimensional surface or the three-dimensional body is cut in cutting planes running parallel to the XY plane and the laser is cut in trajectories 24a is performed, which also run in these cutting planes, so that a projection of the trajectories 24a on the XY plane of the curvilinear contour or height line of the three-dimensional body (in the case of the 2 circular) follows. The movement of the laser focus along this contour is controlled solely by the second mechanism 22nd controlled.

Nach der Erfindung wird, wie in 3 dargestellt, die dreidimensionale Fläche bzw. der dreidimensionale Körper in parallel zur Z-Achse verlaufenden Schnittebenen geschnitten und der Laserfokus 18 wird entlang von Bahnkurven 24 geführt bzw. gesteuert, die in diesen Schnittebenen verlaufen, so dass die Projektion 24' auf die XY-Ebene jeder Bahnkurve jeweils eine Gerade ist. Durch die Geradlinigkeit dieser Projektion 24' entspricht die vom zweiten Mechanismus 22 gesteuerte Komponente der Bewegung einer geradlinigen Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, die keine schnellen Reaktionszeiten erfordert. Wenn der zweite Mechanismus 22 zwei unabhängige Aktuatoren zum Steuern der beiden Freiheitsgrade XY umfasst, kann in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel die Richtung der Geraden entlang eines Freiheitsgrads gewählt werden, dass nur einer der Aktuatoren betätigt werden muss.According to the invention, as in 3 shown, the three-dimensional surface or the three-dimensional body is cut in cutting planes running parallel to the Z-axis and the laser focus 18th is along trajectories 24 guided or controlled, which run in these cutting planes, so that the projection 24 ' there is a straight line on the XY plane of each trajectory. Because of the straightness of this projection 24 ' corresponds to that of the second mechanism 22nd controlled component of the movement of a linear movement at constant speed that does not require fast reaction times. If the second mechanism 22nd comprises two independent actuators for controlling the two degrees of freedom XY, in a particularly advantageous exemplary embodiment the direction of the straight line along a degree of freedom can be selected so that only one of the actuators has to be actuated.

Die Bahngeschwindigkeit der Teilstücke der Bahnkurven 24 zur Erzeugung des flächigen, unebenen Teilbereichs 30 ist in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Projektion auf die XY-Ebene zumindest im Wesentlichen konstant. Es sind aber Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die XY-Komponente der Bahngeschwindigkeit variabel ist, z.B. von der Änderungsrate der Z-Position bzw. der Z-Komponente der Bahngeschwindigkeit, der Eintauchtiefe der Brennweite des Objektivs abhängt. Auch dann sind in der Regel die Beschleunigungskomponenten in der XY-Ebene sehr viel geringer als diejenigen in der Z-Richtung, so dass die langsameren Reaktionszeiten des zweiten Mechanismus 22 kaum ins Gewicht fallen.The path speed of the sections of the path curves 24 for generating the flat, uneven sub-area 30th is at least substantially constant in one embodiment of the invention in a projection onto the XY plane. However, embodiments of the invention are conceivable in which the XY component of the path speed is variable, for example from the rate of change of the Z position or the Z component of the path speed, the immersion depth of the focal length of the lens depends. Even then, the acceleration components in the XY plane are usually much lower than those in the Z direction, so that the reaction times of the second mechanism are slower 22nd hardly matter.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Badbehälter 14, der einen transparenten Badboden hat, durch welchen der Laser 18 hindurch gestrahlt werden kann. Ein Substrat 26 ist an einem in Z-Richtung verfahrbaren ersten Mechanismus 20 in das Bad eingetaucht. 4th shows a second embodiment of the invention with a bath tank 14th , which has a transparent bath floor through which the laser 18th can be radiated through. A substrate 26th is on a first mechanism that can be moved in the Z direction 20th immersed in the bath.

5 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zusätzlich zu den Merkmalen des ersten Ausführungsbeispiels ist das Objektiv 12 um einen Polarwinkel θ verkippbar. Der erste Mechanismus 20 hat entsprechend zwei Freiheitsgrade. 5 shows an apparatus for generating a three-dimensional structure according to a third embodiment of the invention. In addition to the features of the first embodiment, the lens 12 tiltable by a polar angle θ. The first mechanism 20th accordingly has two degrees of freedom.

6 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Lithografiematerial 16 hängt als Tröpfchen unter einem Substrat 26 und das Objektiv 12 ist von unten in das Lithografiematerial 16 eingetaucht. Dadurch können kleine Strukturen auch ohne separate, aufwendige Behälter erzeugt werden. 6th shows an apparatus for generating a three-dimensional structure according to a fourth embodiment of the invention. The lithographic material 16 hangs as droplets under a substrate 26th and the lens 12 is from below into the lithographic material 16 immersed. As a result, small structures can also be created without separate, expensive containers.

7a - 7c zeigen schematisch verschiedene Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens, hier zum Erzeugen einer Linse 28 auf einem Substrat 26. Zunächst werden, wie in 7a dargestellt ausgehend von 3D-Daten der dreidimensionalen Struktur der gewünschten Linse 28 von der Steuereinheit 10 die Bahnkurven 24 berechnet, wie sie in 3 dargestellt sind, und zwar derart, dass die Bahnkurven 24 in der Projektion 24' der Bahnkurven auf die XY-Ebene parallel verlaufen, und zwar in der X-Richtung. 7a - 7c schematically show various steps of a method according to the invention, here for producing a lens 28 on a substrate 26th . First, as in 7a shown on the basis of 3D data of the three-dimensional structure of the desired lens 28 from the control unit 10 the trajectories 24 calculated as they are in 3 are shown in such a way that the trajectories 24 in the projection 24 ' the trajectories run parallel to the XY plane, specifically in the X direction.

Durch Bewegen des Laserfokus 18a entlang dieser Bahnkurven wird die konvexe äußere Hülle der Linse erzeugt, wobei jede der Bahnkurven 24 am Substrat 26 beginnt und endet, so dass die den Bahnkurven entsprechenden polymerisierten, fadenartigen Bereiche am Substrat verankert sind. Die konvexe äußere Hülle ist ein flächiger, unebener Teilbereich aus polymerisiertem Material, der sich aus den fadenartigen Bereichen zusammensetzt. Die Bahnkurven 24 liegen so nahe aneinander, dass benachbarte polymerisierte, fadenartige Bereiche ineinander übergehen und durch die Polymerisation aneinanderhaften und eine Struktur bilden, die auch nach dem Entwicklungsschritt (7b) ausreichend stabil ist, um den flüssigen Kern formstabil zu halten. Gegebenenfalls können Stützstrukturen (Rippen oder dergleichen) eingearbeitet werden.By moving the laser focus 18a the convex outer shell of the lens is generated along these trajectories, each of the trajectories 24 on the substrate 26th begins and ends so that the polymerized, thread-like areas corresponding to the trajectories are anchored to the substrate. The convex outer shell is a flat, uneven sub-area made of polymerized material, which is composed of the thread-like areas. The trajectories 24 are so close to one another that adjacent polymerized, thread-like areas merge and stick together as a result of the polymerization and form a structure that even after the development step ( 7b) is sufficiently stable to keep the liquid core dimensionally stable. If necessary, support structures (ribs or the like) can be incorporated.

Anschließend wird, wie in 7b dargestellt, das nicht polymerisierte Lithografiematerial außerhalb der äußeren Hülle durch Auswaschen mit geeigneten Lösungsmitteln entfernt. Es verbleibt die polymerisierte Hülle 30 mit einem flüssigen Kern 32.Then, as in 7b shown, the unpolymerized lithography material outside the outer shell is removed by washing with suitable solvents. The polymerized shell remains 30th with a liquid core 32 .

Schließlich wird, wie in 7c dargestellt, der flüssige Kern 32 der als Linse 28 ausgestalteten dreidimensionalen Struktur durch Beleuchten mit UV-Licht oder sichtbarem Licht 34 nachverhärtet und/oder getrocknet. Ein Schrumpfen des Materials in diesem Schritt wird bei der Berechnung der Bahnkurven 24 berücksichtigt und vorkompensiert.Finally, as in 7c shown, the liquid core 32 as a lens 28 designed three-dimensional structure by illuminating with UV light or visible light 34 post-hardened and / or dried. A shrinkage of the material in this step is taken into account when calculating the trajectories 24 taken into account and pre-compensated.

8a - 8c zeigen ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer als diffraktives optisches Element (DOE) ausgestalteten dreidimensionalen Struktur 28. Auch hier werden die Bahnkurven 24 so gewählt, dass jeweils ihre Projektion auf die XY-Ebene geradlinig verläuft. 8a - 8c show a further application example of the method according to the invention for producing a three-dimensional structure configured as a diffractive optical element (DOE) 28 . Here too the trajectories are 24 chosen so that their projection onto the XY plane is straight.

9 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer frei tragenden Fläche. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf praktisch beliebige Strukturen anwendbar. Auch hier werden die Bahnkurven 24 so gewählt, dass jeweils ihre Projektion 24' auf die XY-Ebene geradlinig verläuft. Die Projektionen bilden eine Schar von Parallelen. 9 shows a further application example of the method according to the invention for producing a self-supporting surface. The method according to the invention can be applied to virtually any structure. Here too the trajectories are 24 chosen so that each their projection 24 ' runs in a straight line on the XY plane. The projections form a host of parallels.

10 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung der frei tragenden Fläche aus 9. In dem in 10 dargestellten Anwendungsbeispiel werden die Bahnkurven 24 so gewählt, dass jeweils ihre Projektion auf die XY-Ebene in parallelen, d.h. mit konstantem Abstand zueinander verlaufenden Kurven verläuft, deren Krümmung aber sehr viel geringer ist als eine Z-Komponente eines Krümmungsvektors bzw. Krümmungstensors der Bahnkurven 24. 10 shows a further application example of the method according to the invention for producing the self-supporting surface from 9 . In the in 10 The application example shown here are the trajectories 24 chosen so that their projection on the XY plane runs in parallel curves, ie curves running at a constant distance from one another, but whose curvature is much less than a Z component of a curvature vector or curvature tensor of the trajectories 24 .

11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer entlang einer Bahnkurve variierenden Strahlungsintensität. Das Ausführungsbeispiel in 11 unterscheidet sich von dem in den 7a - 7c dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass die Bahnkurven 24 der Soll-Oberfläche 38 der Zielstruktur nicht mit konstantem Abstand folgen sondern die Bahnkurven 24 so berechnet werden, sich der Abstand zwischen der Bahnkurve 24 und der Soll-Oberfläche 38 der Zielstruktur entlang der Bahnkurve 24 ändert. 11 shows a further embodiment of the method according to the invention with a radiation intensity varying along a trajectory. The embodiment in 11 differs from that in the 7a - 7c illustrated embodiment in particular in that the trajectories 24 the target surface 38 the target structure does not follow the target structure at a constant distance but the trajectories 24 so be calculated the distance between the trajectory curve 24 and the target surface 38 the target structure along the trajectory 24 changes.

Um dennoch eine der Soll-Oberfläche 38 entsprechende Zielstruktur zu erzeugen, wird die Differenz durch eine abhängig vom Abstand zwischen der Bahnkurve 24 und der Soll-Oberfläche 38 der Zielstruktur eingestellte Strahlungsleistung des Lasers 18 kompensiert. Der Längsdurchmesser des elliptischen Fokalvolumens 18a, innerhalb dessen die Intensitätsschwelle für die Polymerisation überschritten wird, hängt von der Intensität bzw. Strahlungsleistung des Lasers 18. Die Steuerung steuert die Strahlungsleistung derart, dass der halbe Längsdurchmesser dem Abstand zwischen der Bahnkurve 24 und der Soll-Oberfläche 38 entspricht. Ein Mittelpunkt 18b des Fokus 18a wird dann entlang der Bahnkurve 24 bewegt, und dabei wird die Intensität so variiert, dass die oberen Ränder der Fokalvolumina 18a die Soll-Oberfläche 38 nachzeichnen.To still one of the target surface 38 To generate a corresponding target structure, the difference is determined by a depending on the distance between the trajectory 24 and the target surface 38 the radiation power of the laser set for the target structure 18th compensated. The longitudinal diameter of the elliptical focal volume 18a , within which the intensity threshold for the polymerization is exceeded, depends on the intensity or radiation power of the laser 18th . The controller controls the radiant power in such a way that half the longitudinal diameter corresponds to the distance between the trajectory 24 and the target surface 38 corresponds. A focal point 18b of focus 18a is then along the trajectory 24 moves, and the intensity is varied so that the upper edges of the focal volumes 18a the target surface 38 trace.

Die zum Nachzeichnen der Soll-Oberfläche 38 anzusteuernde Bewegung Z-Koordinate wird daher zerlegt in einen ersten Anteil, der mit Hilfe des einen ersten Mechanismus 20 den Mittelpunkt 18b des Fokus entlang der Bahnkurve 24 bewegt, und einen zweiten Anteil, der durch eine zeitabhängige Änderung der Laserleistung realisiert wird. Diese Aufteilung kann insbesondere durch eine räumliche Frequenzzerlegung im Fourierraum erfolgen, wobei die Anteile mit niedrigeren Frequenzen dem trägeren ersten Mechanismus 20 zugeordnet werden.The one for tracing the target surface 38 Movement to be controlled Z coordinate is therefore broken down into a first part, which is made with the aid of a first mechanism 20th the center point 18b of focus along the trajectory 24 moves, and a second part, which is realized by a time-dependent change in the laser power. This division can take place in particular by a spatial frequency breakdown in Fourier space, the components with lower frequencies being the slower first mechanism 20th be assigned.

Die Variation der Intensität kann neben der Variation der Laserleistung auch durch eine Blende, eine Variation der Bahngeschwindigkeit oder ein mehrfaches Belichten bestimmter Voxel erreicht werden.In addition to varying the laser power, the variation of the intensity can also be achieved by means of a diaphragm, a variation of the path speed or multiple exposure of certain voxels.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 3287262 A1 [0009]EP 3287262 A1 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Hong-Bo Sun and Satoshi Kawata, „Two-Photon Laser Precision Microfabrication and Its Applications to Micro-Nano Devices and Systems“ J. Lightwave Technol. 21, 624- (2003) [0004]Hong-Bo Sun and Satoshi Kawata, "Two-Photon Laser Precision Microfabrication and Its Applications to Micro-Nano Devices and Systems," J. Lightwave Technol. 21, 624- (2003) [0004]
  • Paper Serbin et al „Three-dimensional nanostructuring of hybrid materials by two-photon polymerization“ (Proceedings of SPIE Vol. 5222 Nanocrystals, and Organic and Hybrid Nanomaterials, edited by David L. Andrews, Zeno Gaburro, Alexander N. Cartwright, Charles Y. C. Lee, (SPIE, Bellingham, WA, 2003) 0277-786X/03/$15.00) [0005]Paper Serbin et al "Three-dimensional nanostructuring of hybrid materials by two-photon polymerization" (Proceedings of SPIE Vol. 5222 Nanocrystals, and Organic and Hybrid Nanomaterials, edited by David L. Andrews, Zeno Gaburro, Alexander N. Cartwright, Charles YC Lee, (SPIE, Bellingham, WA, 2003) 0277-786X / 03 / $ 15.00) [0005]
  • Paper „Femtosecond laser polymerization of hybrid microoptical elements and their integration on the fiber tip“, Mangirdas Malinauskas et. al. Proceedings of SPIE, vol. 7716 [0006]Paper "Femtosecond laser polymerization of hybrid microoptical elements and their integration on the fiber tip", Mangirdas Malinauskas et. al. Proceedings of SPIE, vol. 7716 [0006]

Claims (13)

Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur (28) mit wenigstens einem flächigen, unebenen Teilbereich (30) in einem durch Einstrahlung eines Lasers (18) in einem Fokus (18a) des Lasers (18) ortsaufgelöst polymerisierbaren Lithografiematerial (16), wobei die Position des Fokus (18a) innerhalb des Lithografiematerials (16) durch: • einen ersten Mechanismus (20) zum Verstellen des Fokus (18a) entlang einer parallel zu einer Strahlachse des Lasers verlaufenden Z-Richtung und • einen zweiten Mechanismus (22) zum Verstellen des Fokus(18a) in einer transversal zur Strahlachse des Lasers verlaufenden XY-Ebene verstellbar ist, wobei das Verfahren umfasst: • das Bestimmen einer Reihe von aneinander angrenzenden Bahnkurven (24) für eine Bewegung des Fokus' (18a) abhängig von Daten zu der dreidimensionalen Struktur (32); und • das Erzeugen der dreidimensionalen Struktur (32) durch Bewegen des Fokus (18a) des Lasers entlang der Bahnkurven (24), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Teilstücke der Bahnkurven (24), die zur Erzeugung des flächigen, unebenen Teilbereichs (30) bestimmt werden, in einer Projektion auf die XY-Ebene zumindest im Wesentlichen parallel verlaufen.A method for generating a three-dimensional structure (28) with at least one flat, uneven partial area (30) in a lithography material (16) that can be polymerized in a spatially resolved manner by irradiating a laser (18) in a focus (18a) of the laser (18), the position of the Focus (18a) within the lithography material (16) by: • a first mechanism (20) for adjusting the focus (18a) along a Z direction running parallel to a beam axis of the laser and • a second mechanism (22) for adjusting the focus (18a) is adjustable in an XY plane running transversely to the beam axis of the laser, the method comprising: determining a series of adjacent trajectories (24) for a movement of the focus (18a) as a function of data on the three-dimensional structure (32); and • generating the three-dimensional structure (32) by moving the focus (18a) of the laser along the trajectories (24), characterized in that at least the sections of the trajectories (24) which are used to produce the flat, uneven partial area (30) are determined, run at least substantially parallel in a projection onto the XY plane. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bahngeschwindigkeit der Teilstücke der Bahnkurven (24) zur Erzeugung des flächigen, unebenen Teilbereichs (30) in einer Projektion auf die XY-Ebene zumindest im Wesentlichen konstant ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a path speed of the sections of the path curves (24) for generating the flat, uneven section (30) in a projection onto the XY plane is at least substantially constant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnkurven (24) so bestimmt sind, dass ein maximaler Betrag einer XY-Komponente der transversalen Bahnbeschleunigung um wenigstens einen Faktor 10 kleiner ist als der maximale Betrag einer Z-Komponente der transversalen Bahnbeschleunigung.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the trajectories (24) are determined such that a maximum amount of an XY component of the transverse trajectory acceleration is at least a factor of 10 smaller than the maximum amount of a Z component of the transverse trajectory acceleration. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige, unebene Teilbereich ein Teilbereich einer äußeren Hülle (30) der dreidimensionalen Struktur (28) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flat, uneven partial area is a partial area of an outer shell (30) of the three-dimensional structure (28). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der dreidimensionalen Struktur (28) umfasst: • das Erzeugen der äußeren Hülle (30) der dreidimensionalen Struktur (28) durch Bewegen des Fokus' (18a) des Lasers entlang der Bahnkurven (24); • das Entfernen des nicht polymerisierten Lithografiematerials (16) in einem Raum außerhalb der äußeren Hülle (30); und • das Nachverhärten des nicht polymerisierten Lithografiematerials (32) innerhalb der äußeren Hülle (30) durch Belichten und/oder Erwärmen.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the generation of the three-dimensional structure (28) comprises: • the generation of the outer shell (30) of the three-dimensional structure (28) by moving the focus (18a) of the laser along the trajectories (24); • removing the unpolymerized lithographic material (16) in a space outside the outer shell (30); and • post-hardening of the unpolymerized lithography material (32) within the outer shell (30) by exposure and / or heating. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (20) zum Verstellen des Fokus' (18a) ein verstellbares Objektiv (12) umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first mechanism (20) for adjusting the focus (18a) comprises an adjustable lens (12). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschwingzeit des ersten Mechanismus um wenigstens einen Faktor 5 kleiner ist als eine Einschwingzeit des zweiten Mechanismus.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a settling time of the first mechanism is at least a factor 5 smaller than a settling time of the second mechanism. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mechanismus (20) als ein kombinierter Mechanismus, bestehend aus einer luftgelagerten Achse und einer Piezo-Achse, ausgestaltet ist, wobei die Piezo-Achse die schnellen Komponenten der Gesamtbewegung ausführt und die trägere luftgelagerte Achse langsamere Komponenten der Gesamtbewegung erzeugt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first mechanism (20) is designed as a combined mechanism, consisting of an air-bearing axis and a piezo-axis, the piezo-axis executing the fast components of the overall movement and the more sluggish air-bearing axis generates slower components of the overall movement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mechanismus (22) dazu ausgelegt ist, einen Träger mit oder ohne Rand (26) oder einen Badbehälter (14) zum Halten des Lithografiematerials (16) bei bezogen auf den umgebenden Raum fester XY-Position der Strahlachse des Lasers (18) in der XY-Ebene zu bewegen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second mechanism (22) is designed to hold a carrier with or without a rim (26) or a bath container (14) for holding the lithographic material (16) in relation to the surrounding space To move the XY position of the beam axis of the laser (18) in the XY plane. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnkurven (24) so bestimmt werden, dass sich ein Abstand der Bahnkurve (24) von einer Oberfläche (38) der dreidimensionalen Struktur (32) entlang einer Bahnkurve (24) lokal verändert und ein Längsdurchmesser des Fokus (18a) abhängig von dem Abstand verändert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the trajectories (24) are determined such that a distance between the trajectory (24) and a surface (38) of the three-dimensional structure (32) changes locally along a trajectory (24) and a longitudinal diameter of the focus (18a) is changed depending on the distance. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsdurchmesser des Fokus (18a) durch eine Änderung einer Intensität des Lasers (18) geändert wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the longitudinal diameter of the focus (18a) is changed by changing an intensity of the laser (18). Computerprogrammprodukt zum Bestimmen von Bahnkurven (24) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Computer program product for determining trajectories (24) for use in a method according to one of the preceding claims. Vorrichtung mit einem darauf installierten Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10, einem Träger mit oder ohne Rand oder Badbehälter (14) für ein Lithografiematerial (16), einem Laser (18) zum ortsaufgelösten polymerisieren des Lithografiematerials (18), einem ersten Mechanismus (20) zum Verstellen des Fokus (18a) entlang einer parallel zu einer Strahlachse des Lasers (18) verlaufenden Z-Richtung, einem zweiten Mechanismus (22) in zum Bewegen des Fokus (18a) relativ zum Lithografiematerial (16) in einer transversal zur Strahlachse des Lasers verlaufenden XY-Ebene, und einer Steuereinheit (10), die dazu ausgelegt ist, die Bahnkurven (24) zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur (28) mit dem Computerprogrammprodukt zu bestimmen und den Fokus (18a) des Lasers mit dem ersten Mechanismus (20) und dem zweiten Mechanismus (22) entlang der Bahnkurven in dem Lithografiematerial (16) zu bewegen.Device with a computer program product installed thereon Claim 10 , a carrier with or without a rim or bath container (14) for a lithography material (16), a laser (18) for the spatially resolved polymerisation of the lithography material (18), a first mechanism (20) for adjusting the focus (18a) along a parallel to a beam axis of the laser (18) extending Z- Direction, a second mechanism (22) in for moving the focus (18a) relative to the lithography material (16) in an XY plane running transversely to the beam axis of the laser, and a control unit (10) which is designed to control the trajectories (24 ) to create a three-dimensional structure (28) with the computer program product and to move the focus (18a) of the laser with the first mechanism (20) and the second mechanism (22) along the trajectories in the lithography material (16).
DE102019121106.9A 2019-05-23 2019-08-05 Method and device for generating a three-dimensional structure with at least one flat partial area Withdrawn DE102019121106A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/DE2020/200038 WO2020233757A1 (en) 2019-05-23 2020-05-25 Method and device for producing a three-dimensional structure with at least one two-dimensional subregion
DE112020002505.5T DE112020002505A5 (en) 2019-05-23 2020-05-25 Method and device for producing a three-dimensional structure with at least one flat partial area

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019113867.1 2019-05-23
DE102019113867 2019-05-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019121106A1 true DE102019121106A1 (en) 2020-11-26

Family

ID=73052515

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019121106.9A Withdrawn DE102019121106A1 (en) 2019-05-23 2019-08-05 Method and device for generating a three-dimensional structure with at least one flat partial area
DE112020002505.5T Withdrawn DE112020002505A5 (en) 2019-05-23 2020-05-25 Method and device for producing a three-dimensional structure with at least one flat partial area

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112020002505.5T Withdrawn DE112020002505A5 (en) 2019-05-23 2020-05-25 Method and device for producing a three-dimensional structure with at least one flat partial area

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102019121106A1 (en)
WO (1) WO2020233757A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230133547A1 (en) * 2019-11-26 2023-05-04 Lubbe Steven Devices, systems, and methods for 3d printing

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115416299B (en) * 2022-11-04 2023-03-24 杭州爱新凯科技有限公司 Need not to remove laser galvanometer 3D printing apparatus of focusing

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018060617A1 (en) * 2016-09-28 2018-04-05 Ecole Centrale De Marseille Method for producing a three-dimensional object by a multiphoton photopolymerization process and associated device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201106787D0 (en) * 2011-04-20 2011-06-01 Ucl Business Plc Methods and apparatus to control acousto-optic deflectors
US8903205B2 (en) * 2012-02-23 2014-12-02 Karlsruhe Institute of Technology (KIT) Three-dimensional freeform waveguides for chip-chip connections
EP3287262A1 (en) 2016-08-26 2018-02-28 Multiphoton Optics Gmbh Device and method for laser assisted processing of bodies or surfaces

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018060617A1 (en) * 2016-09-28 2018-04-05 Ecole Centrale De Marseille Method for producing a three-dimensional object by a multiphoton photopolymerization process and associated device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230133547A1 (en) * 2019-11-26 2023-05-04 Lubbe Steven Devices, systems, and methods for 3d printing

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020233757A1 (en) 2020-11-26
DE112020002505A5 (en) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3225383B1 (en) Device and method for producing three-dimensional structures
DE102017126624A1 (en) LAYERED LIGHT EXPOSURE IN GENERATIVE MANUFACTURING
EP3970900B1 (en) Method for producing a 3d structure by means of laser lithography with altered exposure dose at edge sections, and corresponding computer program product
WO2018036930A1 (en) Device and method for laser-assisted machining of bodies or surfaces
EP2983898A1 (en) Method for automatic calibration of a device for generative production of a three-dimensional object
DE4302418A1 (en) Method and device for producing a three-dimensional object
EP2492085A1 (en) Method and device for location-triggered application of an intensity pattern from electromagnetic radiation to a photosensitive substance and applications of same
WO2018024872A1 (en) Method and device for lithographically producing a target structure on a non-planar initial structure
WO2018006108A1 (en) Method for lithography-based generative production of three-dimensional components
EP3507074B1 (en) Method for reinforcing a photopolymerizable diffuse reflective material
EP3277481B1 (en) Method and device for the layered construction of a shaped part
DE102019121106A1 (en) Method and device for generating a three-dimensional structure with at least one flat partial area
DE102014110662A1 (en) Three-dimensionally shaped object and device and manufacturing method for the three-dimensionally shaped object
EP3362835B1 (en) Exposure optical system and device for producing a three-dimensional object
DE102017219184B4 (en) Irradiation device and processing machine for irradiating a flat processing field
DE102015225300A1 (en) Methods and arrangements for reducing interfacial adhesion in photopolymerization
DE202019102016U1 (en) Structuring of surfaces
DE102021115987A1 (en) Method and device for cleaning at least one mold segment of a tire mold using laser radiation
DE102019123654B3 (en) Method for producing at least one pattern figure comprising a plurality of pattern elements by means of a laser
DE102022210262A1 (en) Method, device and computer program product for processing a body, in particular a mirror body of an EUV mirror
DE102015226523A1 (en) An exposure apparatus, apparatus and method for producing a three-dimensional object
EP2929962A1 (en) Method and device for improving material quality in generative production methods
DE102020132417B4 (en) Method and device for producing microscopic three-dimensional multi-material structures
WO2022175830A1 (en) Method and device for controlling a lithography-based additive manufacturing device
EP4275869A1 (en) Method and device for producing a three-dimensional structure in a lithography fluid

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R118 Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority