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一种步进式光学加工系统和光学加工方法,该系统包括加工平台、光学头、中央控制系统和位置补偿系统,其中位置补偿系统包括空间光调制器、位置检测系统和图形控制器,所述空间光调制器具有位置补偿区,该空间光调制器上显示的加工图形可以在该位置补偿区中偏移,通过加工图形的偏移来补偿由机械运动产生的位置误差,提高了加工的精度和效率。本发明还提供了一种使用上述光学加工系统的光学加工方法。

本发明提出了一种步进式光学加工系统和加工方法。该系统通过移动空间光调制器上的图形位置，以电子补偿的方式取代机械补偿，从而杜绝了在位置补偿过程中产生的机械误差。根据本发明的一个目的提供的一种步进式光学加工系统，包括加工平台、光学头、中央控制系统和位置补偿系统，其中所述位置补偿系统包括：位置检测系统，用于检测光学头与加工平台的相对位置；空间光调制器，用于产生一加工图形，该加工图形经光学头缩放后，在一位于加工平台上的待加工物表面的预定曝光区曝光，该空间光调制器具有位置补偿区，位于上述加工图形的四周，且该加工图形能动的产生于该位置补偿区中；以及图形控制器，控制该加工图形在该空间光调制器的该位置补偿区中的产生位置，其中当该位置检测系统检测到光学头和加工平台之间的相对位置产生一位置误差时，该图形控制器控制该空间光调制器，使该加工图形在该位置补偿区中产生一位置偏移，该位置偏移满足该加工图形经光学头缩放后，达到预定曝光区。

本发明涉及步进式光学加工系统和加工方法，尤其是一种具有位置补偿
功能的步进式光学加工系统和加工方法。

背景技术

无掩膜光学加工，也被称为激光直写。传统的无掩膜加工方式，通常具
体采用单点扫描的形式，与掩膜加工方式相比，其图形处理的灵活性得以提
高，但是加工速度明显降低。

随着20世纪80年代末半导体技术的长足发展，特别是微机电系统
(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)领域的突飞猛进，出现了高效的
空间光调制器件(Spatial Light Modulator，SLM)。这些器件具有光学传输效率
高、图形处理能力强、易于与数字化系统集成的特点。目前，高性能空间光
调制器的代表有美国德州仪器公司的DMD和美国Three-Five Systems公司的
LCOS。

基于空间光调制器的无掩膜光学加工方式，单次曝光即可实现高分辨率
大面积的任意二维图形曝光，相比传统的单点扫描方式，加工速度大幅提高，
图形处理能力大大增强。相应的基于空间光调制器的无掩膜光学加工系统，
目前已经广泛应用于光刻加工、印刷制版、光固化快速成型、基因芯片原位
合成等诸多领域，并已逐渐成为高速高精度光学加工的主流技术。

具体加工方式上，基于空间光调制器的无掩膜光学加工系统的控制方式
分为两种。高端场合采用飞行曝光方式。中低端场合采用步进曝光方式。

飞行曝光方式下，光源进行超短脉冲曝光，平台连续运动无需停顿。曝
光脉宽一般在几十纳秒至几毫秒，在如此短的时间内，平台移动的距离远小
于系统的光学分辨率，不会形成‘拖影’。该方式加工速度极快，位置精度
很高，图形均匀性好。采用该方式必须具有以下三个要素：

1、大功率短脉冲光源。功率必须足够大，才能在极短的曝光时间内，进
行足够剂量的曝光

2、高速图形发生和高速数据传输系统

3、平台运动位置、DMD图形刷新与超短激光脉冲的三者高速精确同步

由此导致系统成本高，技术难度大，从而限制了该方式的应用。而且在
高分辨率、厚胶光刻等应用场合，飞行曝光方式往往难以开展。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种步进式光学加工系统和加工方法。该系统
通过移动空间光调制器上的图形位置，以电子补偿的方式取代机械补偿，从
而杜绝了在位置补偿过程中产生的机械误差。

发明人：胡进 浦东林 魏国军 朱鹏飞 陈林森 苏州大学坐落于素有“人间天堂”之称的历史文化名城苏州，是国家“211工程”“2011计划”首批入列高校，是教育部与江苏省人民政府共建“双一流”建设高校、国家国防科技工业局和江苏省人民政府共建高校，是江苏省属重点综合性大学。苏州大学前身是Soochow University（东吴大学，1900年创办），开现代高等教育之先河，融中西文化之菁华，是中国最早以现代大学学科体系举办的大学。在中国高等教育史上，东吴大学是最早开展研究生教育并授予硕士学位、最先开展法学（英美法）专业教育，也是第一家创办学报的大学。1952年中国大陆院系调整，由东吴大学之文理学院、苏南文化教育学院、江南大学之数理系合并组建苏南师范学院，同年更名为江苏师范学院。1982年，学校更复名苏州大学（Soochow University）。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术特点：

第一：该加工系统采用调整空间光调制器中的图形位置来达到补偿由机
械移动产生的位置误差，由于整个补偿过程不发生第二次机械运动，所以避
免产生进一步的机械位移误差，从而大大提高了加工精度。

第二：由于电子补偿方式的运算速度快，所以相比现有的机械补偿方法，
大大提高了生产效率。

本发明提出了一种步进式光学加工系统和加工方法。该系统
通过移动空间光调制器上的图形位置，以电子补偿的方式取代机械补偿，从
而杜绝了在位置补偿过程中产生的机械误差。

根据本发明的一个目的提供的一种步进式光学加工系统，包括加工平台、
光学头、中央控制系统和位置补偿系统，其中所述位置补偿系统包括：位置
检测系统，用于检测光学头与加工平台的相对位置；空间光调制器，用于产
生一加工图形，该加工图形经光学头缩放后，在一位于加工平台上的待加工
物表面的预定曝光区曝光，该空间光调制器具有位置补偿区，位于上述加工
图形的四周，且该加工图形能动的产生于该位置补偿区中；以及图形控制器，
控制该加工图形在该空间光调制器的该位置补偿区中的产生位置，其中当该
位置检测系统检测到光学头和加工平台之间的相对位置产生一位置误差时，
该图形控制器控制该空间光调制器，使该加工图形在该位置补偿区中产生一
位置偏移，该位置偏移满足该加工图形经光学头缩放后，达到预定曝光区。