用微型透镜阵列和智能光照实现3D纳米打印

对先进材料、微型器件和集成微系统的需求日益增长，这需要可靠地制造复杂、多尺度的三维（3D）结构，而基于光和激光的工艺正越来越多地用于满足这一需求。然而，由于传统成像光学的视场（FOV）限制，现有的3D激光纳米制造技术在规模化过程中，在吞吐量、邻近效应误差和拼接缺陷方面面临根本性挑战。在此，我们提出一种可扩展的3D纳米制造平台，该平台利用超透镜生成的焦斑阵列来并行化双光子光刻（TPL），实现了超过厘米级的写入区域。超透镜非常适合为高通量纳米光刻产生亚微米级焦斑，因为它们独特地具有大数值孔径（NA）、与浸没介质的兼容性以及大规模制造能力。我们通过实验展示了一种打印系统，该系统使用12平方厘米的超透镜阵列产生12万多个协同焦斑，对应吞吐量超过每秒1亿个体素。通过使用空间光调制器（SLM）对焦点阵列进行程序化图案化，开发了一种自适应并行打印策略，用于精确的灰度线宽调制以及半周期性和完全非周期性3D结构的协同打印。我们展示了复制微结构的并行打印（每天超过5000万个微粒）、特征尺寸小至113纳米的厘米级3D结构，以及光子和机械超材料。这项工作展示了3D纳米光刻在晶圆级生产中的潜力，表明TPL如何能规模化应用于微电子、生物医药、量子技术和高能激光靶材等领域。