專利名稱：一種用于大面積微納結(jié)構(gòu)制作的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于大面積微納結(jié)構(gòu)制作的裝置。
背景技術(shù)：
目前，用于微納結(jié)構(gòu)制作的技術(shù)主要有光學(xué)光刻、電子束光刻、離子束光刻和納米壓印技術(shù)等。然而在制作大面積微納結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于光學(xué)光刻技術(shù)，光刻系統(tǒng)的曝光波長越來越短，系統(tǒng)的數(shù)值孔徑越來越大，分辨力和焦深之間的矛盾越來越突出。電子束光刻和離子束光刻的分辨力盡管很高，但效率低下，不適合制作大面積結(jié)構(gòu)。納米壓印技術(shù)盡管具有分辨力高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但在大面積納米壓印模板的制作方面遇到很大的困難?，F(xiàn)有的微納加工技術(shù)存在高成本、低效率、無法大規(guī)模生產(chǎn)等一系列問題，制作大面積微納結(jié)構(gòu)遇到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，迫切要求發(fā)展其它類型的價(jià)格低廉的設(shè)備，以滿足納米化合物半導(dǎo)體電路、納米MEMS、集成光學(xué)、磁信息存儲(chǔ)器等領(lǐng)域?qū)Υ竺娣e微納結(jié)構(gòu)制作技術(shù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服上述技術(shù)的不足，提供一種簡便、高效、快速、經(jīng)濟(jì)的用于大面積微納結(jié)構(gòu)制作裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種用于大面積微納結(jié)構(gòu)制作的裝置，其特征在于相干光源、快門、空間濾波器、光闌、樣品臺(tái)、反射鏡、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、二維平移臺(tái)、局部暗室、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，反射鏡和樣品臺(tái)互相垂直并固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，同時(shí)樣品臺(tái)還固定在二維平移臺(tái)上，樣品臺(tái)、反射鏡、精密轉(zhuǎn)臺(tái)和二維平移臺(tái)均置于局部暗室內(nèi)，入射激光束同時(shí)照射在反射鏡和樣品臺(tái)上，激光束由相干光源發(fā)出，經(jīng)快門進(jìn)入空間濾波器，經(jīng)過空間濾波器提高空間相干性和光束均勻性后，再經(jīng)光闌控制雜光和光束的大小，最后照射在反射鏡和樣品臺(tái)上，快門的打開與關(guān)閉、二維平移臺(tái)的移動(dòng)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來完成。
本發(fā)明的原理是本發(fā)明采用空間濾波器能夠提高光束的空間相干性和均勻性，同時(shí)也起到擴(kuò)束的作用，便于大面積曝光；空間濾波器到樣品臺(tái)的距離在2m左右或1.5-2.5m，由于球面波的半徑很大，光軸附近的光束近似平面波，減少了由于引入光束準(zhǔn)直系統(tǒng)而引起的能量損失；入射光束同時(shí)照在反射鏡和樣品臺(tái)上，反射光和部分入射光形成干涉，干涉場內(nèi)光的強(qiáng)度分布呈周期性變化，使樣品臺(tái)上的光敏膠感光。反射鏡和樣品臺(tái)(通過二維平移臺(tái))互相垂直并固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，通過精密轉(zhuǎn)臺(tái)的精密轉(zhuǎn)動(dòng)可以改變相干光束的入射角度，同時(shí)保證了兩相干光束的入射角度總是相等，便于操作。為減少激光干涉中的雜散光、提高干涉圖案的對(duì)比度，反射鏡、樣品臺(tái)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、二維平移臺(tái)放在局部暗室內(nèi)。通過改變光敏膠的極性、樣品的位置和曝光次數(shù)可以形成周期性光柵、孔陣、點(diǎn)陣、柱陣圖形等。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)(1)該裝置不需要掩模和復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，研制成本低。
(2)具有無限大焦深，樣品放置容易，曝光面積大、效率高。
(3)反射鏡和樣品臺(tái)互相垂直，使形成相干光場的兩束光的入射角總是對(duì)稱相等，光路調(diào)整簡單，操作簡便。
(4)在雙光束干涉實(shí)驗(yàn)中，由于氣體擾動(dòng)、平臺(tái)震動(dòng)等因素的影響，兩光束的位相差在不停的變化，需要有位相反饋系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明采用一束激光同時(shí)照射在反射鏡和樣品上，不需要位相反饋系統(tǒng)，抗周圍環(huán)境的干擾能力強(qiáng)。
(5)為了避免在換樣過程中對(duì)反射鏡鏡面的損傷，樣品臺(tái)固定在二維平移臺(tái)上，在換樣時(shí)通過平移臺(tái)增加樣品臺(tái)與反射鏡之間的距離，換樣結(jié)束后將平移臺(tái)復(fù)位。
故本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大面積微納結(jié)構(gòu)制作，為大面積納米壓印模板、金屬微納結(jié)構(gòu)、微納光學(xué)元件、納米MEMS、生化傳感芯片、磁信息存儲(chǔ)器制作等提供新的加工裝置。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的激光干涉的工作原理圖；圖3為本發(fā)明的控制系統(tǒng)的硬件組成框圖；圖4為本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明由主要包括相干光源1、快門2、空間濾波器3、光闌4、樣品臺(tái)5、反射鏡6、精密轉(zhuǎn)臺(tái)7、二維平移臺(tái)8、局部暗室9、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)10。激光束由相干光源1發(fā)出，經(jīng)快門2、反射鏡6進(jìn)入空間濾波器3，空間濾波器3提高空間相干性和光束均勻性后，再經(jīng)光闌4控制雜光和光束的大小，最后照射在反射鏡6和樣品臺(tái)5上。樣品臺(tái)5首先固定在二維平移臺(tái)7上，再將其和反射鏡6垂直一起固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)7上?？扉T2的打開與關(guān)閉、二維平移臺(tái)8的移動(dòng)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)10來完成。為減少激光干涉中的雜散光、提高干涉圖案的對(duì)比度，樣品臺(tái)5、反射鏡6、精密轉(zhuǎn)臺(tái)7、二維平移臺(tái)8放在暗室9內(nèi)。曝光過程由快門2控制，當(dāng)快門2處于打開狀態(tài)時(shí)曝光開始，快門2關(guān)閉時(shí)曝光過程結(jié)束。通過精密轉(zhuǎn)臺(tái)7的精密轉(zhuǎn)動(dòng)可以改變光在反射鏡6和樣品臺(tái)5上的入射角度，從而改變微納結(jié)構(gòu)的周期。將樣品臺(tái)5固定在二維平移臺(tái)8上，在換樣時(shí)通過二維平移臺(tái)8增加樣品臺(tái)5與反射鏡6之間的距離，換樣結(jié)束后將二維平移臺(tái)8復(fù)位，可避免在換樣品過程中對(duì)反射鏡6鏡面的損傷。
如圖2所示，入射光束同時(shí)照在反射鏡6和樣品臺(tái)5上，反射光和部分入射光形成干涉，干涉場內(nèi)光的強(qiáng)度分布呈周期性變化，使樣品臺(tái)5上的光敏膠感光，顯影后可得到周期性的微納結(jié)構(gòu)。由于反射鏡6和樣品臺(tái)5互相垂直，參與干涉的兩束光的入射角度總是相等，可提高圖形的對(duì)比度。
如圖3所示，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)10包括計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)串口、快門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、快門光欄、步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算機(jī)通過計(jì)算機(jī)串口輸出脈沖信號(hào)控制快門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)快門的打開與關(guān)閉；同時(shí)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，將電脈沖直接轉(zhuǎn)換為角位移，控制精密轉(zhuǎn)臺(tái)和二維平移臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。
如圖4所示，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)10的控制流程圖。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)串口傳到快門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制快門光欄的開啟，實(shí)現(xiàn)曝光過程的控制；采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，將計(jì)算機(jī)輸出的電脈沖直接轉(zhuǎn)換為角位移，控制精密轉(zhuǎn)臺(tái)的精密轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)樣品臺(tái)和反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變參與干涉的兩束光的入射角度；同時(shí)將計(jì)算機(jī)輸出的電脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，從而控制二維平移臺(tái)的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)樣品臺(tái)的移動(dòng)，避免在換樣品過程中對(duì)反射鏡鏡面造成損傷。
權(quán)利要求
1.一種用于大面積微納結(jié)構(gòu)制作的裝置，其特征在于主要包括相干光源(1)、快門(2)、空間濾波器(3)、光闌(4)、樣品臺(tái)(5)、反射鏡(6)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)(7)、二維平移臺(tái)(8)、局部暗室(9)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(10)；反射鏡(6)和樣品臺(tái)(5)互相垂直并固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)(7)上，同時(shí)樣品臺(tái)(5)還固定在二維平移臺(tái)(8)上，樣品臺(tái)(5)、反射鏡(6)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)(7)和二維平移臺(tái)(8)均置于局部暗室(9)內(nèi)，入射激光束同時(shí)照射在反射鏡(6)和樣品臺(tái)(5)上，激光束由相干光源(1)發(fā)出，經(jīng)快門(2)進(jìn)入空間濾波器(3)，經(jīng)過空間濾波器(3)提高空間相干性和光束均勻性后，再經(jīng)光闌(4)控制雜光和光束的大小，最后照射在反射鏡(6)和樣品臺(tái)(5)上，快門(2)的打開與關(guān)閉、二維平移臺(tái)(8)的移動(dòng)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(10)來完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大面積微納結(jié)構(gòu)制作的裝置，其特征在于所述的空間濾波器(3)到樣品臺(tái)(5)的距離在1.5-2.5m。
全文摘要
一種用于大面積微納結(jié)構(gòu)制作的裝置，其特征在于反射鏡和樣品臺(tái)互相垂直并固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，入射激光束同時(shí)照射在反射鏡和樣品臺(tái)上，反射光和部分入射光在樣品區(qū)域形成干涉。主要包括相干光源、快門、空間濾波器、光闌、樣品臺(tái)、反射鏡、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、二維平移臺(tái)、局部暗室、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。樣品臺(tái)、反射鏡、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、二維平移臺(tái)放在局部暗室內(nèi)。激光束由相干光源發(fā)出，經(jīng)快門進(jìn)入空間濾波器提高空間相干性和光束均勻性，再經(jīng)光闌控制雜光和光束的大小，最后照射在反射鏡和樣品臺(tái)上?？扉T的打開與關(guān)閉、二維平移臺(tái)的移動(dòng)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來完成。本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)、高效、操作簡便、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于大面積納米壓印模板、金屬微納結(jié)構(gòu)、微納光學(xué)元件、納米MEMS、生化傳感芯片、磁信息存儲(chǔ)器制作等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101063809SQ20071009949
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者陳獻(xiàn)忠, 羅先剛, 張春梅, 姚漢民, 杜春雷, 李海穎 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所