CN108445719A - 一种散射介质可控3d数字无掩模光刻系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散射介质可控3D数字无掩模光刻系统及方法。解决了重复设计掩模，焦深小和利用率低的问题。系统中的待测量部分依次接有第一分光棱镜、空间光调制器，第一显微物镜，散射介质，第二显微物镜，位移平台，第二分光棱镜，还附有参考支路。光刻方法中首先测得多波长光学传输矩阵，通过分块寻优得到对每个单色光均适用的通用光学传输矩阵，移动位移平台使用通用光学传输矩阵对待光刻3D目标切片聚焦标定后实施3D光刻。本发明仅需测得散射介质的通用光学传输矩阵及聚焦标定，即可实施3D光刻。通过改变光源波长提高光刻分辨率，系统复杂度和元件成本低、效率高且焦深大，用于超材料、微光学器件、微机电系统等众多领域。

Description

一种散射介质可控3D数字无掩模光刻系统及方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其是基于光学原理的数字无掩模光刻，具体是一种散射介质的可编程控制3D数字光刻系统和方法，应用于各个光刻领域。

背景技术

随着半导体工艺的迅猛发展，半导体器件逐渐成为计算机、通讯等行业快速发展不可或缺的重要部分，而光刻技术是有利推动社会信息化进程的关键技术之一。光刻技术是指结合光学原理将集成电路等图形转移至光敏材料，并通过其他刻蚀技术将其印制到涂有光敏感介质的半导体晶片或玻璃基板上的过程。

至今为止，光刻技术经历了接触式曝光、接近式曝光以及投影曝光三个阶段，接触式曝光虽具有速度快、产量高及焦深大的优势，但由于直接接触方式，影响图形质量并降低了掩模板重复利用率；接近式曝光改善了上述利用率问题，但系统衍射效应严重影响光刻分辨率及精度；投影式曝光通过透镜精确缩小成像系统，虽然实现了分辨率的提升，但系统焦深受限。

投影式曝光虽然降低了掩模板缺陷的影响程度，但随着光刻相关工艺的完善，电路、芯片的制造集成度的提高，特征尺寸的减小，光刻分辨率已经逼近了物理极限，掩模板正同时面临价格与技术的挑战，极大地限制了传统光学光刻技术应用范围。为了避免光学掩模带来的限制，无掩模光刻技术逐渐兴起。无掩模光刻技术分为带电粒子无掩模光刻技术和光学无掩模光刻技术两种。基于带电粒子无掩模光刻技术具有较高分辨率，但操作复杂、曝光速度慢以及成本较高等缺陷在一定程度上限制了其应用范围。相比之下，基于光学的无掩模光刻技术发展较快，主要包括干涉光刻、激光直写和基于空间光调制器(SLM)的光刻技术。基于干涉的光刻技术工艺流程较为简单，但干涉条纹的相对光强和相对位相难以控制，且由于其迭代后的图形为近似图形，故其难以制作任意面型的微细结构。激光直写光刻技术的光刻精度收到机械误差、光源功率、光学临近效应等多方面影响，这些缺陷极大的限制了该光刻技术进一步推广。

基于空间光调制器的无掩模光学光刻技术由传统的光刻技术衍生而来，曝光原理与传统的投影光刻技术较为相似，主要区别在于通过空间光调制器将待加工数字图形投影到基板上从而完成曝光过程。目前来看，基于空间光调制器的各类无掩模光学光刻技术仍存在一些缺陷，如：基于波带片阵列的光刻面临波带片制作技术及成本问题，且其依赖分辨率增强技术突破衍射极限；缩小投影光刻技术在分辨率在微米基础上提升受到缩小物镜系统、曝光深度、栅格效应的影响，且随着波长减小，成本急剧增加；西安电子科技大学提出的基于随机散射介质的可控亚波长无掩模光刻一定程度上解决了上述问题，但其系统焦深范围较小，同时无法实现三维立体光刻。

目前微立体光刻基于传统的3D打印原理，其通过立体光固化成形实现3D打印，依据层面成形固化方式不同，可分为扫描微立体光刻技术和面投影微立体光刻技术。其中扫描微立体光刻技术基于点对点或线对线方式，加工效率较低且成本较高。面投影微立体光刻对数字模型进行分层切片，并输入动态掩模，极大提高了光刻效率。其中，液晶显示器动态掩模存在转换速度慢、分辨率低、填充率较小、折射元件光学密度较低等固有缺陷；基于空间光调制器SLM和数字微镜DMD作为动态掩模的投影微立体光刻逐渐显示出更好的性能和应用前景。

微立体光刻已经被用于生物医疗、超材料、微光学器件、微机电系统等众多领域。因此，研究一种投影式基于空间光调制器或数字微镜阵列的低成本、高效率以及大焦深的3D数字无掩模光刻技术具有重要的应用价值和前景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种低成本、高效率以及大焦深的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统和方法。

本发明是一种散射介质可控3D数字无掩模光刻系统，

依次连接有光源部分，待测量部分和标定及光刻控制部分，其特征在于，所述待测量部分在接收到光源部分发出的准直扩束的光波后，沿中心光路方向依次设有第一分光棱镜，空间光调制器，第一显微物镜，散射介质，第二显微物镜以及第二分光棱镜，第二显微物镜置于位移平台上，共同构成调制支路；在所述第一分光棱镜与第二分光棱镜之间还设有参考支路，所述参考支路由第一反射镜接第二反射镜构成，与调制支路共同形成干涉；所述标定及光刻部分在接收到待测量部分发出的干涉光后，沿中心光路方向依次通过第三分光棱镜，第一偏振片和探测器构成标定支路；沿与中心光路垂直方向依次通过第三分光棱镜，第二偏振片和光刻材料构成光刻支路；所述第一分光棱镜、第二分光棱镜和第三分光棱镜的镀膜分束比均为1：1；计算机分别与所述待测量部分的调制支路中的空间光调制器、位移平台以及所述标定及光刻部分的标定支路中的探测器双向数据传输与控制，实现对光刻系统的整体控制。

本发明还是一种散射介质可控3D数字无掩模光刻方法，在权利要求1～4任一项所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统上实现，其特征在于，包括有如下步骤：

步骤1：按照散射介质可控3D数字无掩模光刻系统搭建光路，保证第一分光棱镜和第三分光棱镜分别实现分束功能，第二分光棱镜实现合束功能，第一显微物镜沿光路方向正向放置，第二显微物镜沿光路方向反向放置；

步骤2：关闭光刻支路，打开标定支路；

步骤3：测量通用光学传输矩阵：打开光源，开始测量，反复更改光源发出的波长，并使用干涉法测量得到散射介质的各个单色光学传输矩阵，多个单色光学传输矩阵构成多波长光学传输矩阵，通过对多波长矩阵各单色光学传输矩阵进行分块寻优，得到散射介质的通用光学传输矩阵；

步骤4：进行聚焦定标：使用计算机设置待光刻3D目标，并对其进行切片，得到中心切片及其他位置的切片，首先用待光刻3D目标的中心切片和通用光学传输矩阵，反解出对应的输入光场，并将对应的输入光场的相位加载到空间光调制器上，探测器上得到中心切片的最优聚焦结果，反复移动位移平台，得到待光刻3D目标的其他位置的切片对应的最优聚焦结果，完成定标；

步骤5：关闭标定支路，打开光刻支路；

步骤6：实施3D光刻：在光刻材料上实现待光刻的聚焦3D目标的光刻成像。

本发明是一种方法简单，成本低，光刻精度高，焦深较大，可重复利用的非接触式的散射介质可控3D无掩模光刻系统和光刻方法。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明提出的散射介质可控3D无掩模光刻系统测量得到散射介质的通用光学传输矩阵后，只需要调整第二显微物镜到探测器的距离并更改待光刻3D目标切片，即可实现快速的3D目标光刻。

2.与现有技术相比，本发明提出的散射介质可控3D无掩模光刻系统由于光源波长可调谐，因此能够使得光刻分辨率在一定范围内随着光源波长的变化而变小，光刻精度灵活可变，可对不同维度的目标进行光刻。

3.与现有投影式曝光方法曝光所用的器件相比，散射介质的成本较低，本发明提出的散射介质可控3D无掩模光刻系统在加入散射介质后，由于得到了散射介质的通用光学传输矩阵，可以对任意波长的输入光场进行调控，因此能够在较低成本下将焦深有效扩展，实现了大焦深3D光刻。

4.与现有需要制作掩模板的技术相比，本发明提出的散射介质可控3D无掩模光刻系统因为使用了空间光调制器，因此能够随时进行不同形状的3D光刻，避免了掩模板的制作，极大地降低了光刻成本，并且在定标结束后，可以一次成型，无需进行二次加工。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻方法的流程图。

图3为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻方法中的测量通用光学传输矩阵的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻方法中的进行聚焦定标的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻方法中的实施快速3D光刻的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻系统上测量得到的多波长光学传输矩阵及通用光学传输矩阵的效果图。

图7为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻系统上的对目标实现超分辨率聚焦的结果图。

图8为本发明实施例提供的另一种散射介质可控3D无掩模光刻系统上对待光刻3D目标的焦深测量结果。

图9为本发明实施例提供的一种散射介质可控3D无掩模光刻系统上的待光刻3D目标、对待光刻3D目标的聚焦定标及光刻结果图。

图10为本发明实施例提供的另一种散射介质可控3D无掩模光刻系统上的待光刻3D目标、对待光刻3D目标的聚焦定标及光刻结果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明作详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

大多数精密的微细加工器件的制备过程中，光刻技术起到举足轻重的作用，光刻技术也从一开始的传统的接触式曝光、发展到接近式曝光以及最后发展为投影曝光，其中，虽然接触式曝光速度快、产量高及焦深大，但由于直接接触，会严重影响图形质量，且其掩模板重复利用率较低；接近式曝光能够解决上述利用率问题，但存在系统衍射效应严重影响光刻分辨率及精度的问题；投影式曝光通过透镜精确缩小成像系统，实现了分辨率的提升，但由于透镜本身焦深有限，导致系统的焦深受限。

目前，急需研究一种方法简单，成本低，光刻精度高，焦深较大，可重复利用的非接触式的散射介质可控3D无掩模光刻系统和光刻方法，这在生物医疗、超材料、微光学器件、微机电系统具有重要的应用价值和前景。

本发明正是在此技术领域展开的研究，首先提出一种散射介质可控3D数字无掩模光刻系统，参见图1，散射介质可控3D数字无掩模光刻系统依次连接有光源部分，待测量部分和标定及光刻控制部分，参见图1，本发明的待测量部分在接收到光源部分发出的准直扩束的光波后，沿中心光路方向依次设有第一分光棱镜，空间光调制器，第一显微物镜，散射介质，第二显微物镜以及第二分光棱镜，第二显微物镜置于位移平台上，共同构成调制支路。在本发明的第一分光棱镜与第二分光棱镜之间还设有参考支路，参考支路由第一反射镜接第二反射镜构成，与调制支路共同形成干涉。本发明的标定及光刻部分在接收到待测量部分发出的干涉光后，沿中心光路方向依次通过第三分光棱镜，第一偏振片和探测器构成标定支路；沿与中心光路垂直方向依次通过第三分光棱镜，第二偏振片和光刻材料构成光刻支路。本发明的第一分光棱镜、第二分光棱镜和第三分光棱镜的镀膜分束比均为1：1。计算机分别与待测量部分的调制支路中的空间光调制器、位移平台以及标定及光刻部分的标定支路中的探测器双向数据传输与控制，实现对光刻系统的整体控制。

本发明的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统中，

激光器用于产生波长可变的照明光束。

扩束准直用于对所述激光器产生的光束进行扩束和准直处理。

本发明的第一分光棱镜用于将光束分为两束，产生参考光路和调制光路。

本发明的调制支路包括空间光调制器、第一显微物镜、散射介质、第二显微物镜和位移平台，用于产生焦距可以变化的调制光。

随机散射介质为各向同性强散射介质。

本发明的参考支路包括第一反射镜和第二反射镜，用于产生参考光，并与调制光进行干涉。

本发明的第二分光棱镜用于对本发明的调制光和参考光进行光束合并处理。

本发明的第三分光棱镜用于将所述调制光路与所述参考支路合成的干涉光场进行分束处理，并分别传入标定支路和光刻支路。

本发明的标定支路包括第一偏振片和探测器，用于对所述干涉光场进行采集，得到通用光学传输矩阵并实现聚焦定标。

本发明的光刻支路包括第二偏振片和光刻材料，用于接收所述标定支路中的探测器采集到的待光刻目标，完成对光刻材料的刻制。

计算机用于控制所述调制光路中的空间光调制器进行相位调制，控制所述位移平台进行前后移动、控制所述标定支路中的探测器进行图像采集。

与其他方法相比，本发明装置简单，元件成本较低，操作方法简单，仅需移动第二显微物镜，即可实现3D光刻，3D光刻相比2D光刻能显示更多的目标信息，同时本发明的光刻方法对多个波段均能实现3D光刻，因此具有更加广阔的应用前景。

实施例2

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统的总体构成和具体结构同实施例1，本发明中，待测量部分的调制支路的第一显微物镜沿光路方向正向放置，散射介质置于第一显微物镜的焦点处，第二显微物镜沿光路反向放置，散射介质置于第二显微物镜的前焦点处，且第二显微物镜通过支架置于位移平台上构成可沿光路方向前后移动的组合，保证二者即第二显微物镜和位移平台的中心位置对齐，测试前，需对位移平台的中心位置进行调零操作。

本发明的实验装置较为简单，3D光刻过程中，无需同时移动相机和光刻材料，只需移动第二显微物镜距离散射介质的距离即可完成待光刻3D目标的光刻，因此能够有效减少移动多个元件对整体系统引入的误差，有助于实现精确的3D光刻。

实施例3

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统的总体构成和具体结构同实施例1-2，本发明中，标定及光刻控制部分中的标定支路的第一偏振片以及光刻支路中的第二偏振片的偏转角度相同，且与第三分光棱镜的距离相等，所述标定及光刻控制部分中的标定支路的探测器到所述第一偏振片的距离等于所述光刻支路中的光刻材料到第二偏振片的距离。

本发明的标定支路和光刻支路分别置于第三分光棱镜的两侧，因为第一偏振片和第二偏振片的角度以及与第三分光棱镜的距离均一致，因此透过第一偏振片和透过第二偏振片的光可以认为是完全一致的，探测器距离第一偏振片的距离等于光刻材料到第二偏振片的距离，因此探测器面的成像效果完全可以移植到光刻材料表面，因此能够实现光刻材料的一次成型，无需二次加工。

实施例4

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统的总体构成和具体结构同实施例1-3，本发明中，待测量部分的第三分光棱镜的镀膜面所在的对角线与光路方向在第一象限形成45°角，保证待测量部分的第一分光棱镜和第二分光棱镜的镀膜面所在的对角线处于垂直状态。

本发明中所有分光棱镜的镀膜分束比均为1：1，以保证分束后两束光的能量大小相等，使得参考光路和调制光路能够实现干涉。

本例中，第一分光棱镜的镀膜面所在的对角线与光路方向在第一象限形成45°角，第二分光棱镜的镀膜面所在的对角线与光路方向在第四象限形成45°角，第三分光棱镜的镀膜面所在的对角线与光路方向在第一象限形成45°角。实际测试中，还可以是第一分光棱镜的镀膜面所在的对角线与光路方向在第四象限形成45°角，第二分光棱镜的镀膜面所在的对角线与光路方向在第一象限形成45°角，第三分光棱镜的镀膜面所在的对角线与光路方向在第一象限形成45°角，也可以实现一样的技术效果。

本发明通过对第一分光棱镜和第二分光棱镜放置方式的控制，保证了参考光和调制光的平行关系，并且参考光和调制光的能量较为接近，能实现更加理想的干涉结果，通过对第三分光棱镜的放置方式的控制，能够保证光刻支路在沿光路垂直方向，便于3D光刻的实现。

实施例5

本发明还是一种散射介质可控3D数字无掩模光刻方法，在上述任一项所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统上实现，散射介质可控3D数字无掩模光刻系统的总体构成和具体结构同实施例1-4，参见图2，包括有如下步骤：

步骤1：按照散射介质可控3D数字无掩模光刻系统搭建光路，保证第一分光棱镜和第三分光棱镜分别实现分束功能，第二分光棱镜实现合束功能，第一显微物镜沿光路方向正向放置，第二显微物镜沿光路方向反向放置。

本例中，第一分光棱镜和第三分光棱镜的镀膜面所在平面的对角线与光路方向在第一象限形成45°角，第二分光棱镜的镀膜所在面的对角线与光路方向在第四象限形成45°角，保证实现分束功能和合束功能。

步骤2：关闭光刻支路，打开标定支路；使用吸光材料制作的光挡将光刻支路关闭；保证标定支路不会进如其他杂光。

步骤3：测量通用光学传输矩阵：打开光源，开始测量，反复更改光源发出的波长，并使用干涉法测量得到散射介质的各个单色光学传输矩阵，单色光学传输矩阵联系了散射介质输入光场和输出光场之间的关系，能够有效表征整个系统的作用。按照波长由小变大的顺序依次将单色光学传输矩阵加入矩阵集合，构成多波长光学传输矩阵，通过对多波长矩阵的各个单色光学传输矩阵进行分块寻优，得到散射介质的通用光学传输矩阵。例如现在有三个波长的单色光学传输矩阵A_2×2、B_2×2以及C_2×2，D_2×2为通用光学传输矩阵，其中D₁₁为A₁₁、B₁₁、C₁₁中的任意一个，同理，D₁₂为A₁₂、B₁₂、C₁₂中的任意一个，依次循环，可以得到通用光学传输矩阵D_2×2。

步骤4：进行聚焦定标：使用计算机设置待光刻3D目标，并将其进行切片，得到中心切片及其他位置的切片，首先用待光刻3D目标的中心切片和通用光学传输矩阵，反解出对应的输入光场，并将对应的输入光场的相位加载到空间光调制器上，探测器上得到中心切片的最优聚焦结果，先沿光路方向，再沿与光路方向相反的方向反复移动位移平台，得到待光刻目标的其他位置的切片对应的最优聚焦结果，反之依然，完成定标。

步骤5：关闭标定支路，打开光刻支路。依然可以采用步骤2的方法进行对标定支路的关闭，还可以制作两个电子开关对两条光路的开闭进行控制。

步骤6：实施3D光刻：在光刻材料上实现待光刻3D目标的光刻成像。该光刻成像的结果与步骤4设置的待光刻3D目标完全一致。

本发明提出的散射介质可控3D无掩模光刻系统及方法在对目标进行3D聚焦和光刻时，只需在聚焦定标之后改变空间光调制器上的加载信息即可实现对目标的3D聚焦，无需制作掩模板，能够有效的降低成本，同时可以加载不同的形状丰富的3D目标光刻，由于散射介质的通用传输矩阵仅需测量一次，即使光源波长发生改变，实际光刻时也无需每次进行测量，因此能够有效的降低光刻时间，因此具有较高的实时性。

实施例6

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统和方法同实施例1-5，散射介质可控3D数字无掩模光刻方法的步骤3，参见图3，具体包括：

3.1光波调谐：激光器发出的单色光波波长表示为[λ₁,λ₂,...λ_k]，首先控制激光器发出的激光波长为λ₁；

3.2测量单色光学传输矩阵：使用三步相移干涉法测量此时散射介质的单色光学传输矩阵K₁；

3.3更改波长：更改激光器发出的激光波长为λ₂，…，λ_k，重复执行步骤3.2，测量并依次得到各个单色光学传输矩阵K₂，…，K_k；

3.4测量得到通用光学传输矩阵：各个单色光学传输矩阵K₁，K₂，…，K_k构成多波长光学传输矩阵[K₁,K₂,...K_k]，对多波长光学传输矩阵中的单色光学传输矩阵进行分块寻优，得到通用光学传输矩阵K_best。

本发明提出的散射介质可控3D无掩模光刻方法首先测量了散射介质的多波长光学传输矩阵，然后利用多波长光学传输矩阵进行聚焦和光刻，与现有技术中需要多次制作掩模板以及需要二次加工等相比，本发明操作简单，并且可以调节光刻精度，且焦深较长。

实施例7

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统和方法同实施例1-6，散射介质可控3D数字无掩模光刻方法的步骤4，参见图4，具体包括：

4.1设置待光刻3D目标：设待光刻3D目标为x×y×z的立方体，x×y为其底面积，z为其长度，将3D光刻目标分解为n个2D目标切片[g_-n/2,g_-n/2+1...g₀...g_n/2-1,g_n/2]，相邻两个二维目标之间的距离为z/n；待光刻3D目标以下简称为3D目标。

4.2得到中心切片所在平面的聚焦结果：记录此时的显微物镜位置为原点；用2D目标切片g₀与步骤3得到的通用光学传输矩阵K_best，反解得到输入光场，记录其相位为θ₀，并输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为P₀。

4.3得到负方向所在平面的聚焦结果：首先，以步长z/n将第二显微物镜沿与光路方向相反的方向移动，并分别用2D目标切片[g_-1...g_-n/2+1,g_-n/2]与通用光学传输矩阵K_best，反解得到输入光场，记录其相位为[θ₁...θ_n/2-1,θ_n/2]，并分别输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为[P_-1...P_-n/2+1,P_-n/2]。

4.4第二显微物镜归零：然后，将第二显微物镜移动回原点位置。

4.5得到正方向所在平面的聚焦结果：接着，以步长z/n将第二显微物镜沿光路方向移动，并分别用2D目标切片[g₁...g_n/2-1,g_n/2]与通用光学传输矩阵，反解得到输入光场，记录其相位为[θ₁...θ_n/2-1,θ_n/2]，并分别输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为[P₁...P_n/2-1,P_n/2]。

4.6得到3D目标的聚焦结果，完成定标：探测器上的所有聚焦结果构成矩阵[P_{- 1}...P_-n/2+1,P_-n/2,P₁...P_n/2-1,P_n/2]，将所有聚焦结果顺序整合，即得到3D目标的聚焦结果，完成定标。

本发明测量得到了,适用于各单色光的通用光学传输矩阵，此矩阵对任意波长的输入均能实现聚焦，完成定标，并进行光刻，因此可以实现随时改变光刻分辨率，操作简单，能对不同大小的3D目标进行光刻。

实施例8

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统和方法同实施例1-7，散射介质可控3D数字无掩模光刻方法的步骤6，参见图5，具体包括：

6.1第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到原点；

6.2得到负方向的3D图像：依次以步长z/n将第二显微物镜沿与光路相反的方向移动，并分别加载此位置对应的相位[θ_-1...θ_-n/2+1,θ_-n/2]到空间光调制器上，在光刻材料上依次可以得到由[P'_-1...P'_-n/2+1,P'_-n/2]构成的3D图像；

6.3第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到原点；

6.4得到正方向的3D图像：依次以步长z/n将第二显微物镜沿光路方向移动，并分别加载此位置对应的相位[θ₁...θ_n/2-1,θ_n/2]到空间光调制器上，在光刻材料上依次可以得到由[P'₁...P'_n/2-1,P'_n/2]构成的3D图像；

6.5实施3D光刻：将3D图像[P'_-1...P'_-n/2+1,P'_-n/2]与3D图像[P'₁...P'_n/2-1,P'_n/2]集合，即实现了对光刻材料的3D光刻。

本发明使用简单的散射介质的通用光学传输矩阵进行定标，再进行光刻，能够在提升光刻分辨率的同时，一次成型，无需二次加工，方法简捷，适用范围广。

下面给出一个更加详尽的例子对本发明进一步说明。

实施例9

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统和方法同实施例1-8，散射介质可控3D数字无掩模光刻系统具体包括：

待测量部分和标定及光刻控制部分，本发明的光源部分包含光源以及准直扩束，其中，激光器采用波长可调谐的可调谐激光器，本例采用TLS系列超宽带可调谐激光器，此激光器可提供1900nm(400-2300nm)宽的波长调谐范围，调谐范围从可见光到近红外，激光线宽最小可达0.3nm，在整个调谐范围内可实现极高的准确性(0.05nm)及精确度(0.1nm)，满足激光器产生波长可变的照明光束的要求，准直扩束采用焦距分别为20mm和100mm，透镜直径均为50.8mm的平凸透镜用以将激光器发出的光束直径扩大5倍。

本发明的待测量部分在接收到光源部分发出的准直扩束光波后，沿中心光路方向依次设有第一分光棱镜，空间光调制器，第一显微物镜，散射介质，第二显微物镜以及第二分光棱镜，第二显微物镜置于位移平台上，共同构成调制支路。在本发明的第一分光棱镜与第二分光棱镜之间还设有参考支路，本发明的参考支路由第一反射镜和第二反射镜共同构成，与调制支路共同形成干涉。其中，本例中的第一分光棱镜型号为CM1-BS013，光谱范围为400nm-700nm，镀膜分束比为1:1，用以将光束分为两调制支路和参考支路。空间光调制器为HOLOEYE-PLUTO-VIS016型纯相位调制空间光调制器，像元尺寸为8μm，光谱范围为400-700nm，满足对可调谐激光器发出的激光进行相位调制的需求。本发明的第一显微物镜和第二显微物镜分别采用10倍放大倍数的N10X-PF型显微物镜以及40倍放大倍数的N40X-PF型显微物镜，满足将散射前的光束进行聚焦和散射后的光束进行收集的需求。本例中位移平台采用索雷博公司的MTS50A-Z8，最小步长为50μm，能够实现精确定位，可以将第二显微物镜沿光轴方向前后移动。第一反射镜和第二反射镜型号均GCCH-101102，光谱响应范围为400nm-700nm，用以产生参考光。第二分光棱镜用于将参考支路和调制支路的光进行合束处理，其型号与第一分光棱镜型号一致。

本发明的标定及光刻部分在接收到待测量部分发出的干涉光后，沿中心光路方向依次通过第三分光棱镜，第一偏振片和探测器构成标定支路。沿与中心光路垂直方向依次通过第三分光棱镜，第二偏振片和光刻材料构成光刻支路。本发明的所有分光棱镜的镀膜分数比为1：1。计算机分别与所述待测量部分的调制支路中的空间光调制器、位移平台以及所述标定及光刻部分的标定支路中的探测器双向数据传输与控制，实现对系统的整体控制。其中，标定支路包括第一偏振片和探测器，其中第一偏振片采用GCL-050003的响应波段为400-700nm的偏振片。本例中探测器采用CMOS相机PCO-EDGE-4.2，其像元尺寸为6.5μm，响应波段为400nm-700nm，最小曝光时间为10ms，满足对散斑图像快速采集的需求。本发明的光刻支路包括第三偏振片和光刻材料光刻支路，其中第二偏振片与第一偏振片同型号。本发明的标定支路和本发明光刻支路均与本发明的第三分光棱镜连接，第三分光棱镜与第一分光棱镜型号相同。

本发明提出的散射介质可控3D无掩模光刻系统中，散射介质采用强散射介质，本例中采用氧化锌介质，还可以采用其他强散射介质，因为强散射介质能够将入射光充分散射，并且可以提升普通系统的聚焦分辨率，最终的光刻分辨率也得以提升，与其他方法，如基于波带片阵列的光刻技术方法需要制作波带片不同，本发明的散射介质成本较低，在提升了系统的分辨率的基础上，有效的降低了成本，且无需制作波带片或者其他掩模，这对光刻技术的发展具有重要意义。

实施例10

散射介质可控3D数字无掩模光刻系统和方法同实施例1-9，参见图2-6，图6为本发明实施例提供的测量得到的多波长光学传输矩阵及通用光学传输矩阵示意图，图6(a)为多波长光学传输矩阵，图6(b)为通用光学传输矩阵。在散射介质可控3D无掩模光刻系统上使用散射介质可控3D无掩模光刻方法对通用光学传输矩阵进行测量时，具体包括如下详尽的步骤：

3.1光波调谐：打开激光器，激光器发出的单色光波波长表示为[400nm,405nm,410nm,...695nm,700nm]，首先控制激光器发出的激光波长为400nm。

3.2测量单色光学传输矩阵：令参考支路和调制支路的光充分干涉，并分别在空间光调制器上加载哈达玛基，然后给定不同的相位偏移，使得探测器上能够接收到不同的散斑图像，最后，基于不同的散斑图像和哈达玛基，即可解得此时散射介质的单色光学传输矩阵K₄₀₀。

其中，哈达玛基是由+1和-1元素构成的正交方阵，它的任意两行(或两列)都是正交的，并且具备以下性质；

Hn*Hn'＝nI, (1)

式(1)中，n为哈达玛基的阶数，一般都是2或者是4的倍数；

假设给定的相位偏移为p，且将此相位在哈达玛基加载到空间光调制器上时需服从以下偏移原则：

即，哈达玛基值为+1的位置，相位偏移表示为p+0，哈达玛基值为-1的位置，相位偏移表示为p+π，一般而言，p的取值为0,2π/3,4π/3；

三步相移干涉法的基本原理主要基于干涉原理，参考光束和调制光束在汇聚到一起时，会形成如下干涉：

式(3)中，m表示探测器接收的散斑图的某一列，表示p＝a时探测器探测得到的强度，表示m列的输出光场，s_m表示参考光场，k_mn表示参考光场，k_mn表示矩阵的第m列，第n行元素，表示输入光场，则分别加载不同的p时，探测器得到的强度分别为存在如下关系：

然后，改变m的取值，测量得到不同列的哈达玛基下的

经基变换后，笛卡尔基下的K₄₀₀表示为：

3.3更改波长：更改激光器发出的激光波长为405nm,410,...,695,700nm，重复3.2，依次得到各个单色光学传输矩阵K₄₀₅，…，K₇₀₀，参见图6(a)中显示的多波长光学传输矩阵中的每个单色光学传输矩阵。

3.4测量通用传输矩阵：各个单色光学传输矩阵K₄₀₅，K₄₁₀，…，K₇₀₀构成多波长光学传输矩阵[K₄₀₅,K₄₁₀,...K₇₀₀]，通过对每个单色光学传输矩阵进行逐块优化，可以得到最优通用光学传输矩阵K_best，见图6(b)中的通用光学传输矩阵。

最终多波长光学传输矩阵见图6(a)，通用光学传输矩阵见图6(b)所示，其中ω表示光波频率，其变化与波长变化相反，波长越长，频率越短，本例中Δλ＝5nm，灰色网格的行和列分别代表测量得到的多波长光学传输矩阵中各个单色光学传输矩阵的行和列，利用分块寻优的方式，得到右边的通用光学传输矩阵，分块寻优指的图6(b)中的每一个网格都与图6(a)中的网格相对应，并且图6(b)中网格的数值是图6(a)中对应网格的任意一个单色光学传输矩阵的值，图6(a)和6(b)可见，图6(b)的第6行第10列的值是图6(a)中多个单色光学传输矩阵第6行第10列对应的值的其中一个，对图6(a)中所有位置的元素进行最优组合之后，即可得到通用光学传输矩阵图6(b)。

下面，通过仿真实验说明并证实本发明的技术效果。

实施例11

散射介质可控3D无掩模光刻系统和方法同实施例1-10，参见图7，图7(a)为本发明实施例提供的传统透镜通过聚焦光波实现成像的过程示意图，图7(b)为加入散射介质后聚焦光波实现成像的过程示意图，图7(c)为传统透镜的聚焦成像结果，图7(d)为加入散射介质后的聚焦成像结果，图7(e)为两种聚焦结果的聚焦光斑大小对比结果。

本发明在加入随机散射介质后，能够有效提升系统的成像分辨率，图7(a)所示的传统透镜通过聚焦光波实现成像过程中，其衍射极限角分辨率由

δθ＝0.61λ/NA， (7)

决定，其中λ为光源波长，NA＝nsin(θ_max/2)为成像系统的数值孔径，n为介质折射率，θ_max为物方孔径角。如果将透镜前放置为一个内部结构高度无序的浑浊介质，即随机散射介质，当测得其光学传输矩阵之后，透镜和光学传输矩阵构成一个新的成像系统，参见图7(b)，光波入射到随机散射介质后，由于受到介质的强烈散射作用，原本无法进入透镜的边缘光线也能进入透镜并参与成像，因此使光学系统的物方孔径角从原先的θ_max增大为新的孔径角θ_TM，新的成像系统的分辨率表示为：

δθ_new＝0.61λ/(nsin(θ_r/2)). (8)

因为新的孔径角大于物方孔径角，即θ_TM＞θ_max，极大地提升原光学系统的数值孔径，系统的分辨率能力得到进一步的提升。因此，本发明在系统中加入随机散射介质打破了传统透镜的衍射极限，极大地提高空间分辨率。

本例中，采用波长为532nm，焦距为6.24mm，数值孔径NA为0.42的透镜对上述表述进行验证，只采用透镜进行聚焦时，其聚焦结果如图7(c)所示，将上述数值代入公式(8)，可得仅用透镜进行聚焦的分辨率为771nm。

当在透镜前加入散射介质时，其聚焦结果如图7(d)所示，按照如下公式：

δθ_sactter＝λ×z/(D_h). (9)

其中，z表示散射介质与透镜组成的系统距离探测器像面的距离，因为散射介质与透镜之间的距离可忽略，因此z＝f，D_h表示表示散射介质与透镜组成的系统的孔径大小，一般取为6mm，代入上述变量的值，测得加入散射介质后其聚焦分辨率为552nm，聚焦结果如图7(d)所示，可见，加入散射介质后，聚焦的成像分辨率得以提升，如图7(e)所示，实线代表散射介质加入后的分辨率，虚线代表透镜聚焦的分辨率，图中可见，实线的半高全宽小于虚线的半高全宽，证明了本发明分辨能力的提升，同时光刻精度也能得到相应的提升。

实施例12

散射介质可控3D无掩模光刻系统和方法同实施例1-11，参见图8，图8为本发明实施例提供的测量得到通用光学传输矩阵后，使用任一个单色光进行照明时的可聚焦深度示意图，图8(a)是单点聚焦焦深示意图，图8(b)是三点聚焦焦深示意图。焦深是焦点深度的简称，工程材料领域常称为景深，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深，因此此时的散射介质可以看作是一个“显微镜”；接下来，将从单色光学传输矩阵的计算散射介质的单一焦深，并分析这种方法在实施例11得到的超衍射极限的基础上，将分辨率进一步提升。

根据焦深计算公式：

其中，d表示第二显微物镜到探测器前表面的距离，也就是第二显微物镜的长度与其后表面到探测器前表面的距离，本例中，根据实验装置参数，d＝22.439cm，D_s表示散射介质上的光斑大小，经测量，其值为1.9mm，将这两个值带入式(10)，得到焦深为50.4mm。

为了验证系统的实际焦深，分别对第二显微物镜距离探测器前表面的距离进行了移动，步长为5mm，其中20mm处是初始测得532nm波长时对应的初始位置，分别在各个点进行了单点聚焦和三点聚焦操作，得到如图8(a)所示的单点聚焦焦深结果以及图8(b)所示的三点聚焦焦深结果，单点聚焦和多点聚焦在相邻位置聚焦结果形状以及大小均保持不变，得到其焦深为45mm，与实际测得的50.4mm的焦深较为接近。此时，考虑在同一位置，如10mm处，如果此时将光波长变为482nm，10mm位置处依然处在可以聚焦的范围，并且根据公式(9)可知，在本发明中，波长变短，其聚焦分辨率能力得到了1.10倍的提升。

实施例13

散射介质可控3D无掩模光刻系统和方法同实施例1-12，参见图9，图9为本发明实施例提供的测量得到通用光学传输矩阵后，在散射介质可控3D无掩模光刻系统上使用散射介质可控3D无掩模光刻方法进行聚焦定标的过程，具体包括如下详尽的步骤：

4.1设置待光刻3D目标：设置3D目标为一个空心的六棱柱，其三维形状如图9(a)所示，其底面积x×y为64×64像素，长度z为45mm，以5mm为步长，将3D目标分解为9个2D目标切片[g_-4,g_-3...g₀...g₃,g₄]，相邻两个二维目标之间的距离为步长，即5mm，其2D目标切片如图9(b)所示，其中沿x正方向2D的分别表示为[g₀,g₁,g₂,g₃,g₄]，其余为沿x负方向的2D目标切片，分别为[g_-1,g_-2,g_-3,g_-4]。

4.2得到中心切片所在平面的聚焦结果：记录此时的显微物镜位置为原点；用2D目标切片g₀与通用光学传输矩阵，反解得到输入光场，记录其相位为θ₀，并输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为P₀，如图9(c)原点O所在平面的结果，为一个空心的六边形。

4.3得到负方向所在平面的聚焦结果：首先，以步长5mm将第二显微物镜向散射介质方向移动，并分别用2D目标切片[g_-1,g_-2,g_-3,g_-4]与通用光学传输矩阵，反解得到各自对应的输入光场，记录其相位为[θ_-1,θ_-2,θ_-3,θ_-4]，并分别输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为[P_-1,P_-2,P_-3,P_-4]。

4.4第二显微物镜归零：然后，将第二显微物镜移动回原点位置。

4.5得到正方向所在平面的聚焦结果：接着，以步长5mm将显微物镜2向散射介质相反的方向移动，并分别用2D目标切片[g₀,g₁,g₂,g₃,g₄]与通用光学传输矩阵，反解得到对应的输入光场，记录其相位为[θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅]，并分别输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为[P₁,P₂,P₃,P₄,P₅]分别对应图9(c)所示沿x轴正方形的五张重建结果。

4.6得到3D目标的聚焦结果：探测器上的所有聚焦结果构成矩阵[P_-1,P_-2,P_-3,P_-4,P₁,P₂,P₃,P₄,P₅]，将所有聚焦结果整合，即得到3D目标的聚焦结果，参见图9(c)。

接着，关闭标定支路，打开光刻支路，在散射介质可控3D无掩模光刻系统上使用本发明的散射介质可控3D无掩模光刻方法进行光刻的过程，具体包括如下详尽的步骤：

6.1第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到O点；

6.2得到负方向的3D图像：依次以步长5mm将第二显微物镜向与光路相反的方向移动，并分别加载此位置对应的相位[θ_-1,θ_-2,θ_-3,θ_-4]到SLM上，在光刻材料上依次可以得到由[P'_-1,P'_-2,P'_-3,P'_-4]构成的3D图像，其光刻外观与图9(c)所示的[P_-1,P_-2,P_-3,P_-4]分别对应；

6.3第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到O点；

6.4得到负方向的3D图像：依次以步长5mm将显微物镜沿光路方向移动，并分别加载此位置对应的相位[θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅]到SLM上，在光刻材料上依次可以得到由[P'₁,P'₂,P'₃,P'₄,P'₅]构成的3D图像，其光刻外观与图9(c)所示的[P₁,P₂,P₃,P₄,P₅]分别对应；

6.5实施3D光刻：将[P'_-1,P'_-2,P'_-3,P'_-4]与[P'₁,P'₂,P'₃,P'₄,P'₅]集合，光刻材料即实现了3D光刻，其结果如图9(d)所示。

下面，使用一个更复杂的3D目标对本发明的技术效果进行进一步的说明。

实施例14

散射介质可控3D无掩模光刻系统和方法同实施例1-13，参见图10，图10为本发明实施例提供的测量得到多波长光学传输矩阵光学传输矩阵后，在散射介质可控3D无掩模光刻系统上使用散射介质可控3D无掩模光刻方法进行聚焦定标的过程，具体包括如下详尽的步骤：

4.1设置待光刻3D目标：本例中，设置3D目标为一个空心的棱锥，三维形状如图10(a)所示，其底面积x×y为64×64像素，长度z为30mm，以5mm为步长，将3D目标分解为6个2D目标切片[g_-1,g₀,g₁,g₂,g₃,g₄]，相邻两个二维目标之间的距离为步长，即5mm，其2D目标切片如图10(b)所示，其中沿x正方向2D目标切片分别表示为[g₀,g₁,g₂,g₃,g₄]，其余为沿x负方向的2D目标切片，为g_-1。

4.2得到中心切片所在平面的聚焦结果：记录此时的显微物镜位置为原点；将2D目标切片g₀与通用光学传输矩阵，反解得到输入光场，记录其相位为θ₀，并输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为P₀，如图10(c)原点O所在平面的结果，为一个圆环。

4.3得到负方向所在平面的聚焦结果：首先，以步长5mm将第二显微物镜向散射介质方向移动，将待光刻目标g_-1与光学传输矩阵结合，反解得到各自对应的输入光场，记录其相位为θ_-1，将此相位输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为P_-1。

4.4第二显微物镜归零：然后，将第二显微物镜移动回原点位置。

4.5得到正方向所在平面的聚焦结果：接着，以步长5mm将显微物镜2向散射介质相反的方向移动，并分别用2D目标切片[g₀,g₁,g₂,g₃,g₄]与通用光学传输矩阵，反解得到对应的输入光场，记录其相位为[θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅]，并分别输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为[P₁,P₂,P₃,P₄,P₅]分别对应图10(c)所示沿x轴正方形的五张重建结果。

4.6得到3D目标的聚焦结果：探测器上的所有聚焦结果构成矩阵[P_-1,P₁,P₂,P₃,P₄,P₅]，将所有聚焦结果整合，即得到3D目标的聚焦结果。

接着，关闭标定支路，打开光刻支路，在散射介质可控3D无掩模光刻系统上使用散射介质可控3D无掩模光刻方法进行光刻的过程，具体包括如下详尽的步骤：

6.1第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到O点；

6.2得到负方向的3D图像：依次以步长5mm将第二显微物镜向与光路相反的方向移动，并分别加载此位置对应的相位θ_-1到SLM上，在光刻材料上依次可以得到由P'_-1构成的3D图像，其光刻外观与图10(c)所示的P_-1对应，即在光刻材料上聚焦出一个圆环；

6.3第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到O点；

6.4得到负方向的3D图像：依次以步长5mm将显微物镜沿光路方向移动，并分别加载此位置对应的相位[θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅]到SLM上，在光刻材料上依次可以得到由[P'₁,P'₂,P'₃,P'₄,P'₅]构成的3D图像，其光刻外观与图10(c)所示的[P₁,P₂,P₃,P₄,P₅]分别对应；

6.5实施3D光刻：将P'_-1与[P'₁,P'₂,P'₃,P'₄,P'₅]集合，光刻材料即实现了3D光刻，其结果如图10(d)所示。

本发明的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统及方法。系统中的待测量部分依次接有第一分光棱镜、空间光调制器，第一显微物镜，散射介质，第二显微物镜，位移平台，第二分光棱镜，还附有参考支路。光刻方法中首先测得多波长光学传输矩阵，通过分块寻优得到对每个单色光均适用的通用光学传输矩阵，移动位移平台使用通用光学传输矩阵对待光刻3D目标切片聚焦标定后实施3D光刻。本发明无需设计掩模，仅需测得散射介质的通用光学传输矩阵后，进行一次聚焦标定，就能实现3D光刻，光刻分辨率经改变光源波长得以提升，系统复杂度低，元件成本低、光刻效率高且焦深大，可应用于超材料、微光学器件、微机电系统等众多领域。

以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明。显然对于本领域的专业人员来说，在了解本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，等同替换或者改进等，但是这些透过本发明思想的修正和改变均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

简而言之，本发明提供的散射介质可控3D数字光刻系统及方法，解决了传统光刻方法存在需要制作掩膜板、焦深较小、成本较高等缺点的技术问题，该系统包括：第一分光棱镜，激光器，准直扩束，调制支路，参考支路，第一分光棱镜，第二分光棱镜，标定支路、计算机、以及光刻支路；所述调制支路包括空间光调制器，第一显微物镜，散射介质，第二显微物镜，位移平台，所述参考支路包括第一反射镜，第二反射镜，所述标定支路包括第一偏振片和探测器，所述光刻支路包括第二偏振片和光刻材料。本发明实施无需设计掩模，仅需要一次标定过程，即可实现不同焦深的3D数字光刻，光刻系统的光刻分辨率可以在不增加系统复杂度等前提下通过改变光源波长进行最大限度的提升。此外，本发明提出的3D数字无掩模光刻系统使用的原件成本较低、效率较高且焦深范围较大，这对生物医疗、超材料、微光学器件、微机电系统(MEMS)等众多领域的光刻技术发展具有重要意义。

Claims (8)

1.一种散射介质可控3D数字无掩模光刻系统，依次连接有光源部分，待测量部分和标定及光刻控制部分，其特征在于，所述待测量部分在接收到光源部分发出的准直扩束的光波后，沿中心光路方向依次设有第一分光棱镜，空间光调制器，第一显微物镜，散射介质，第二显微物镜以及第二分光棱镜，第二显微物镜置于位移平台上，共同构成调制支路；在所述第一分光棱镜与第二分光棱镜之间还设有参考支路，所述参考支路由第一反射镜接第二反射镜构成，与调制支路共同形成干涉；所述标定及光刻部分在接收到待测量部分发出的干涉光后，沿中心光路方向依次通过第三分光棱镜，第一偏振片和探测器构成标定支路；沿与中心光路垂直方向依次通过第三分光棱镜，第二偏振片和光刻材料构成光刻支路；所述第一分光棱镜、第二分光棱镜和第三分光棱镜的镀膜分束比均为1：1；计算机分别与所述待测量部分的调制支路中的空间光调制器、位移平台以及所述标定及光刻部分的标定支路中的探测器双向数据传输与控制，实现对光刻系统的整体控制。

2.根据权利要求1所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统，其特征在于，所述待测量部分的调制支路的第一显微物镜沿光路方向正向放置，散射介质置于第一显微物镜的焦点处，第二显微物镜沿光路反向放置，散射介质置于第二显微物镜的前焦点处，且第二显微物镜通过支架置于位移平台上构成可沿光路方向前后移动的组合，保证二者的中心位置对齐，测试前，需对位移平台的中心位置进行调零操作。

3.根据权利要求1或2所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统，其特征在于，所述标定及光刻控制部分中的标定支路的第一偏振片以及光刻支路中的第二偏振片的偏转角度相同，且与第三分光棱镜的距离相等，所述标定及光刻控制部分中的标定支路的探测器到所述第一偏振片的距离等于所述光刻支路中的光刻材料到第二偏振片的距离。

4.根据权利要求1或2或3所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统，其特征在于，所述待测量部分的第三分光棱镜的镀膜面所在的平面与光路方向在第一象限形成45°角，保证待测量部分的第一分光棱镜和第二分光棱镜的镀膜面所在的平面处于垂直状态。

5.一种散射介质可控3D数字无掩模光刻方法，在权利要求1～4任一项所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻系统上实现，其特征在于，包括有如下步骤：

步骤1：按照散射介质可控3D数字无掩模光刻系统搭建光路，保证第一分光棱镜和第三分光棱镜实现分束功能，第二分光棱镜实现合束功能，第一显微物镜沿光路方向正向放置，第二显微物镜沿光路方向反向放置；

步骤2：关闭光刻支路，打开标定支路；

步骤3：测量通用光学传输矩阵：打开光源，开始测量，反复更改光源发出的波长，并使用干涉法测量得到散射介质的各个单色光学传输矩阵，多个单色光学传输矩阵构成多波长光学传输矩阵，通过对多波长矩阵各单色光学传输矩阵进行分块寻优，得到散射介质的通用光学传输矩阵；

步骤4：进行聚焦定标：使用计算机设置待光刻3D目标，并对其进行切片，得到中心切片及其他位置的切片，首先用待光刻3D目标的中心切片和通用光学传输矩阵，反解出对应的输入光场，并将对应的输入光场的相位加载到空间光调制器上，探测器上得到中心切片的最优聚焦结果，反复移动位移平台，得到待光刻3D目标的其他位置的切片对应的最优聚焦结果，完成定标；

步骤5：关闭标定支路，打开光刻支路；

步骤6：实施3D光刻：在光刻材料上实现待光刻3D目标的光刻。

6.根据权利要求5所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻方法，其特征在于，步骤3具体包括：

3.1光波调谐：激光器发出的单色光波表示为[λ₁,λ₂,...λ_k]，首先控制激光器发出的激光波长为λ₁；

3.2测量单色光学传输矩阵：使用三步相移干涉法测量此时散射介质的单色光学传输矩阵K₁；

3.3更改波长：更改激光器发出的激光波长为λ₂，…，λ_k，重复3.2，依次得到各个单色光学传输矩阵K₂，…，K_k；

3.4测量通用光学传输矩阵：各个单色光学传输矩阵K₁，K₂，…，K_k构成多波长光学传输矩阵[K₁,K₂,...K_k]，对多波长光学传输矩阵中的单色光学传输矩阵进分块寻优，得到通用光学传输矩阵K_best。

7.根据权利要求5所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻方法，其特征在于，步骤4具体包括：

4.1设置待光刻3D目标：设置待光刻3D目标为一个x×y×z的立方体，x×y为其底面积，z为其长度，将3D目标分解为n个2D目标切片[g_-n/2,g_-n/2+1,g₀...g_n/2-1,g_n/2]，相邻两个二维目标之间的距离为z/n；

4.2得到中心切片所在平面的聚焦结果：记录此时的显微物镜位置为原点；用待光刻3D目标的2D目标切片g₀与步骤3得到的通用光学传输矩阵K_best，反解得到输入光场，记录其相位为θ₀，并输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为P₀；

4.3得到负方向所在平面的聚焦结果：首先，以步长z/n将第二显微物镜沿与光路方向相反的方向移动，并分别用2D目标切片[g_-1...g_-n/2+1,g_-n/2]与通用光学传输矩阵K_best，反解得到输入光场，记录其相位为[θ₁...θ_n/2-1,θ_n/2]，并分别输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为[P_-1...P_-n/2+1,P_-n/2]；

4.4第二显微物镜归零：然后，将第二显微物镜移动回原点位置；

4.5得到正方向所在平面的聚焦结果：接着，以步长z/n将第二显微物镜沿光路方向移动，并分别用2D目标切片[g₁...g_n/2-1,g_n/2]与多波长光学传输矩阵，反解得到输入光场，记录其相位为[θ₁...θ_n/2-1,θ_n/2]，并分别输入到空间光调制器上，探测器探测得到聚焦结果，记为[P₁...P_n/2-1,P_n/2]；

4.6得到3D目标的聚焦结果，完成定标：探测器上的所有聚焦结果构成矩阵[P_{- 1}...P_-n/2+1,P_-n/2,P₁...P_n/2-1,P_n/2]，将所有聚焦结果顺序整合，即得到待光刻3D目标的聚焦结果，完成定标。

8.根据权利要求5所述的散射介质可控3D数字无掩模光刻方法，其特征在于，步骤6包括：

6.1第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到原点；

6.2得到负方向的3D图像：依次以步长z/n将第二显微物镜沿与光路相反的方向移动，并分别加载此位置对应的相位[θ_-1...θ_-n/2+1,θ_-n/2]到空间光调制器上，在光刻材料上依次可以得到由[P′_-1...P′_-n/2+1,P′_-n/2]构成的3D图像；

6.3第二显微物镜归零：通过计算机控制第二显微物镜的位置回到原点；

6.4得到正方向的3D图像：依次以步长z/n将第二显微物沿光路方向移动，并分别加载此位置对应的相位[θ₁...θ_n/2-1,θ_n/2]到空间光调制器上，在光刻材料上依次可以得到由[P₁'...P′_n/2-1,P′_n/2]构成的3D图像；

6.5实施3D光刻：将3D图像[P′_-1...P′_-n/2+1,P′_-n/2]与3D图像[P₁'...P′_n/2-1,P′_n/2]集合，即实现了对光刻材料的3D光刻。