專利名稱：利用激光掃描共聚焦顯微鏡制作高密度光柵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高密度光柵的制作方法，屬于光學(xué)器件的制造、光測(cè)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)移或直接刻蝕在被測(cè)物體表面的光柵作為物體表面變形信息的載體，在光測(cè)力學(xué)領(lǐng)域中是幾何云紋法、云紋干涉法、電鏡云紋法和網(wǎng)格法中進(jìn)行物體表面變形測(cè)量的基本元件。
目前較為成熟的光柵的制作方法主要有機(jī)械刻劃法、全息光刻法。
機(jī)械刻劃是制作光柵最傳統(tǒng)的方法，該方法利用刻紋機(jī)在光柵材料表面刻劃出一條一條的溝槽，這種方法對(duì)刻紋機(jī)的機(jī)械精度提出了很高的要求。而且機(jī)械刻劃法不僅費(fèi)時(shí)、制作成本高，而且所得到的光柵頻率比較低，質(zhì)量也不盡如人意。
全息光刻法是繼機(jī)械刻劃法后發(fā)展起來的一種光柵制作方法，它的出現(xiàn)是光柵制作技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)里程碑，將光柵制作技術(shù)向前推進(jìn)了一大步。全息光刻法的不足之處是所需光學(xué)元件較多，光路復(fù)雜。
專利CN 1335521A中采用了一種激光掃描的方法，該方法利用激光單光束與其在材料表面形成的表面擴(kuò)散波相干涉的原理，在材料表面形成直線型的溝槽結(jié)構(gòu)，制作出可變間距、可變深度的全息光柵。這種光柵制作方法較全息光刻法要簡(jiǎn)單，但是仍需人為布置光路，以及精確調(diào)整激光束的入射角度等重要參數(shù)。對(duì)非專業(yè)人員而言，實(shí)施起來相當(dāng)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在激光掃描共聚焦顯微鏡這一成熟商品儀器環(huán)境下，容易實(shí)現(xiàn)的高密度光柵制作新方法，通過選擇或調(diào)整激光掃描共聚焦顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)、照明波長(zhǎng)、掃描線數(shù)、重復(fù)掃描的次數(shù)以及掃描方向，制作出可變密度、可變深度的單向光柵、正交光柵或應(yīng)變花光柵，操作簡(jiǎn)單，無需專業(yè)設(shè)備投資，制作成本底。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高密度光柵的制作方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)將光刻膠通過旋涂設(shè)備均勻地涂布在基底材料上，然后將經(jīng)清洗、拋光的基底材料切割成所需要的形狀，放置在激光掃描共聚焦顯微鏡的載物臺(tái)上；2)選擇激光掃描共聚焦顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)，并在激光掃描共聚焦顯微鏡附帶的操作軟件中選擇波長(zhǎng)在所述的光刻膠的感光敏感波長(zhǎng)范圍內(nèi)的照明光源以及掃描線數(shù)；3)在激光掃描共聚焦顯微鏡的操作環(huán)境下，利用該顯微鏡照明光源的聚焦光點(diǎn)對(duì)基底材料表面成像范圍內(nèi)進(jìn)行水平或垂直方向的線掃描曝光，聚焦激光點(diǎn)的直徑由所述的顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)和照明波長(zhǎng)決定，聚焦激光點(diǎn)的成像范圍由所述的顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)決定，在所述的激光掃描共聚焦顯微鏡中聚焦激光點(diǎn)的成像范圍內(nèi)通過選擇不同的掃描線數(shù)，得到不同頻率的溝槽結(jié)構(gòu)，通過增加重復(fù)掃描的次數(shù)，得到不同深度的溝槽結(jié)構(gòu)；4).水平或垂直方向掃描結(jié)束之后，將激光束的掃描方向旋轉(zhuǎn)90°或120°，對(duì)基底材料表面的另一方向重復(fù)步驟2)進(jìn)行掃描曝光；5)經(jīng)顯影、定影，鍍膜和包裝后最終制成高密度光柵成品。
本發(fā)明所述的高密度光柵為單向光柵、正交光柵和應(yīng)變花光柵。所述的基底材料為玻璃、硅片、聚合物、金屬或半導(dǎo)體材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果光柵的制作過程在激光掃描共聚焦顯微鏡這一成熟商品儀器中完成；通過調(diào)整激光掃描共聚焦顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)、掃描線數(shù)、掃描次數(shù)以及掃描方向能制作出可變密度、可變深度的單向光柵、正交光柵和應(yīng)變花光柵；光柵制作的原理清晰，具體操作簡(jiǎn)單，不需要人為布置光路，以及精確調(diào)整激光束的入射角度等重要參數(shù)，無需專業(yè)設(shè)備投資，制作成本底。


圖1為本發(fā)明的工藝操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖1來對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。
將光柵的基底材料經(jīng)清洗、拋光后，切割成所需要的形狀。將市場(chǎng)上購買的光刻膠通過旋涂設(shè)備均勻地涂布在基底材料上，放置在激光掃描共聚焦顯微鏡的載物臺(tái)上。先選擇激光掃描共聚焦顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)，然后在激光掃描共聚焦顯微鏡附帶的操作軟件中選擇波長(zhǎng)在光刻膠的感光敏感波長(zhǎng)范圍內(nèi)的照明光源以及掃描線數(shù)，聚焦激光點(diǎn)的直徑由顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)和照明波長(zhǎng)決定，聚焦激光點(diǎn)的成像范圍由所述的顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)決定。隨后用激光掃描共聚焦顯微鏡按掃描成像的方式用聚焦激光點(diǎn)對(duì)光柵基底材料表面成像范圍內(nèi)進(jìn)行水平或垂直方向掃描曝光。一個(gè)方向掃描結(jié)束之后，根據(jù)要求將激光束的掃描方向旋轉(zhuǎn)90°或120°，對(duì)基底材料表面的另一方向進(jìn)行掃描曝光；然后經(jīng)顯影、定影、鍍膜和包裝后，最終可制作成高密度的單向光柵、正交光柵或應(yīng)變花光柵。
實(shí)施例1基底材料為市場(chǎng)上購買的圓形硅片，光刻膠型號(hào)為S1400-27為美國(guó)Shipley公司的生產(chǎn)。將硅片固緊在涂膠機(jī)上，用滴管滴3-5滴光刻膠至硅片中心處。啟動(dòng)涂膠機(jī)以3000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)1分鐘將光刻膠均勻涂布在硅片表面上，旋涂后基底材料表面的光刻膠層厚度約為2um。
將該涂上光刻膠的硅片放置在型號(hào)為OPTELICS S130的激光掃描共聚焦顯微鏡的載物臺(tái)上，選用波長(zhǎng)為405nm波長(zhǎng)的激光照明光源，顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)為50倍，聚焦激光點(diǎn)直徑為0.22um，聚焦激光點(diǎn)的成像范圍為284×228um2，在硅片表面以1280線頻率掃描硅片表面的水平方向掃描曝光，重復(fù)掃描5次，隨后將激光束的掃描方向旋轉(zhuǎn)90°，對(duì)基底材料表面的另一方向重復(fù)進(jìn)行掃描曝光5次，最終得到4500線的正交光柵。
對(duì)于與實(shí)施例1中型號(hào)不同的其它激光掃描共聚焦顯微鏡，可根據(jù)該激光掃描共聚焦顯微鏡的具體配置選擇顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)和波長(zhǎng)在光刻膠的感光敏感波長(zhǎng)范圍內(nèi)的照明光源以及掃描線數(shù)，聚焦激光點(diǎn)的直徑由顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)和照明波長(zhǎng)決定，聚焦激光點(diǎn)的成像范圍由所述的顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)決定。最終得到的光柵頻率由聚焦激光點(diǎn)的成像范圍和掃描線數(shù)決定，光柵溝槽結(jié)構(gòu)的深度由重復(fù)掃描的次數(shù)決定。
權(quán)利要求
1.一種高密度光柵的制作方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)將光刻膠通過旋涂設(shè)備均勻地涂布在基底材料上，然后將基底材料切割成所需要的形狀，放置在激光掃描共聚焦顯微鏡的載物臺(tái)上；2)選擇激光掃描共聚焦顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)，然后在激光掃描共聚焦顯微鏡附帶的操作軟件中選擇波長(zhǎng)在所述的光刻膠的感光敏感波長(zhǎng)范圍內(nèi)的照明光源以及掃描線數(shù)；3)在激光掃描共聚焦顯微鏡的操作環(huán)境下，利用該顯微鏡照明光源的聚焦光點(diǎn)對(duì)基底材料表面成像范圍內(nèi)的水平或垂直方向進(jìn)行線掃描曝光，聚焦激光點(diǎn)的直徑由所述的顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)和照明波長(zhǎng)決定，聚焦激光點(diǎn)的成像范圍由所述的顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)決定，在所述的激光掃描共聚焦顯微鏡中聚焦激光點(diǎn)的成像范圍內(nèi)通過選擇不同的掃描線數(shù)，得到不同頻率的溝槽結(jié)構(gòu)，通過增加重復(fù)掃描的次數(shù)，得到不同深度的溝槽結(jié)構(gòu)；4).一個(gè)方向掃描結(jié)束之后，將激光束的掃描方向旋轉(zhuǎn)90°或120°，對(duì)基底材料表面的另一方向重復(fù)步驟2)進(jìn)行掃描曝光；5)經(jīng)顯影、定影、鍍膜和包裝后制成光柵成品，最終制作成高密度光柵。
2.按照權(quán)利要求1所述的高密度光柵的制作方法，其特征在于所述的高密度光柵為單向光柵、正交光柵和應(yīng)變花光柵。
3.按照權(quán)利要求1所述的高密度光柵的制作方法，其特征在于所述的基底材料為玻璃、硅片、聚合物、金屬或半導(dǎo)體材料。
4.按照權(quán)利要求1所述的高密度光柵的制作方法，其特征在于所述的光刻膠為美國(guó)Shipley公司生產(chǎn)的型號(hào)為S1400-27的產(chǎn)品。
全文摘要
一種高密度光柵的制作方法，屬于光學(xué)器件的制造、光測(cè)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是在成熟商品儀器激光掃描共聚焦顯微鏡的操作環(huán)境中，利用其照明光源所發(fā)出的波長(zhǎng)在光刻膠感光敏感波長(zhǎng)范圍內(nèi)的聚焦激光點(diǎn)，對(duì)光柵基底材料表面的光刻膠進(jìn)行掃描曝光，通過調(diào)整激光掃描共聚焦顯微鏡目鏡的放大倍數(shù)、掃描線數(shù)、掃描次數(shù)以及掃描方向，能制作出可變密度、可變深度的單向光柵、正交光柵或應(yīng)變花光柵；該方法的光柵制作原理清晰，操作簡(jiǎn)單，不需要人為布置光路，以及精確調(diào)整激光束的入射角度等重要參數(shù)；無需專業(yè)設(shè)備投資，制作成本低。
文檔編號(hào)G02B21/00GK1815274SQ20061001147
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者謝惠民, 潘兵, 方岱寧, 邢永明, 岸本哲, 戴福隆 申請(qǐng)人:清華大學(xué)