專利名稱：一種高溫云紋光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫云紋光柵的制作方法，屬于光學(xué)器件制造、光測(cè)力學(xué)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、云紋干涉法和電鏡云紋法中進(jìn)行物體表面變形測(cè)量的基本元件。隨著新型 材料高溫力學(xué)性能研究的開(kāi)發(fā)及航空、動(dòng)力工業(yè)等部門對(duì)在役高溫元件的變形實(shí)測(cè)研究工作 的需要，發(fā)展云紋干涉法在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，隨之提出了高溫云 紋光柵的制作研究。
目前較為成熟的高溫云紋光柵的制作方法是在可動(dòng)光源制作全息光柵方法的基礎(chǔ)上的雙 鍍層光刻法。
全息光刻法是利用電機(jī)使入射激光成為可動(dòng)光源，通過(guò)復(fù)雜的光路系統(tǒng)，對(duì)光刻膠曝光， 形成全息光柵。全息光刻法的出現(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CN1924622是一種雙頻率高溫光柵的制作方法。該發(fā)明是在聚焦離子束顯微鏡下通 過(guò)調(diào)整系統(tǒng)的放大倍數(shù)、束流強(qiáng)度、刻蝕深度和線間距等參數(shù)并利用系統(tǒng)自身的精密定位系 統(tǒng)，完成雙頻率高溫光柵的制作。但是，對(duì)非專業(yè)人員而言，實(shí)施起來(lái)不但相當(dāng)困難，而且 效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種易操作、高效率的高溫云紋光柵制作的新方法。制作原理簡(jiǎn)單， 速度快、成本底，可批量生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種高溫云紋光柵的制作方法，其特征在于該方法包括如下步驟
1) 將試件基底材料拋光后，清洗、烘干，在試件基體材料表面沉積一層在高溫下抗氧化 的金屬膜，厚度在0.2 lpm;
2) 將光刻膠旋涂在試件基底材料上，烘干定膠后，將正交云紋光柵模板覆蓋在烘干定膠 后基底材料上；通過(guò)溫控設(shè)備升溫，達(dá)到光刻膠的轉(zhuǎn)變溫度7;以上后施加壓力，壓力的大小/ 和保持的時(shí)間t根據(jù)模板云紋光柵尺寸和光刻膠的型號(hào)確定；將溫度降低至室溫后卸壓，將 云紋光柵模板與試件基底材料分離；此時(shí)，云紋光柵模板表面的圖案轉(zhuǎn)印到了試件基底材料 表面的光刻膠上；
3) 采用干法或者濕法對(duì)試件基底材料進(jìn)行刻蝕；在試件基底材料表面再鍍一層在高溫下/3頁(yè)
抗氧化的金屬膜，方法與第一層金屬膜相同；去除基底材料上的光刻膠，最終制成在高溫下 使用的云紋光柵。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果工藝簡(jiǎn)單，制作成本底、效率高， 可大批量加工產(chǎn)品；光柵制作的原理清晰，具體操作簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，無(wú)需專業(yè)專業(yè)人員操 作；制作的光柵頻率高，能達(dá)到納米量級(jí)；能適用于高溫環(huán)境。


圖l為本發(fā)明的操作流程圖。
圖2為AFM顯微鏡下的三維表面相貌圖。 圖3為云紋干涉圖(a為U場(chǎng)，b為V場(chǎng))。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖1來(lái)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。
將試件基底材料清洗、烘干后，在試件基體材料表面沉積一層在高溫下抗氧化的金屬膜。 將光刻膠旋涂在試件基底材料上，烘干定膠后，覆蓋上正交云紋光柵模板。通過(guò)溫控設(shè)備升
溫，達(dá)到光刻膠的轉(zhuǎn)變溫度7;以上后施加壓力，在正交云紋光柵模板上產(chǎn)生向下的均勻分布 的壓力，壓力的大小p和保持的時(shí)間r根據(jù)模板云紋光柵尺寸和光刻膠的型號(hào)確定。具體來(lái)
說(shuō)，先確定光刻膠的粘度
、。(7;) c2+(r-。
其中C,、 C2為常數(shù)，由光刻膠的型號(hào)唯一確定；％為光刻膠的粘度，它是溫度7的函數(shù)； 再選擇壓力的大小p和保持的時(shí)間f:
其中￡為云紋光柵的柵距，Ao為光刻膠初始的厚度，~為光刻膠最終的厚度。將溫度 降低至室溫后卸壓，將云紋光柵模板與試件基底材料分離。此時(shí)，云紋光柵模板表面的圖案 轉(zhuǎn)印到了試件基底材料表面的光刻膠上。根據(jù)試件基底材料，采用干法或者濕法對(duì)試件基底 材料進(jìn)行刻蝕，在試件基底材料表面再鍍一層在高溫下抗氧化的金屬膜，去除基底材料上的 光刻膠，包裝后最終制成可在高溫下使用的云紋光柵。
實(shí)施例1:
試件基底材料為L(zhǎng)Y12鋁合金，光刻膠為聚甲基丙烯酸甲脂(AR-P 671. 09 E-Beam Resist PMMA 950K)，模板為40線/毫米的正交云紋光柵。將試件表面拋光，不平度應(yīng)小于0. Olmm， 表面粗糙度為0. 08nm，清洗烘干，鍍一層金膜，把試件放在涂膠機(jī)上，用滴管滴l-2滴光刻 膠在其中心處。啟動(dòng)涂膠機(jī)以6200轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)50秒，旋涂后基底材料表面的光刻膠 層厚度約為1微米。將烘干機(jī)升溫至180°C，把涂有光刻膠層的基底材料放上烘干1分鐘，以便增強(qiáng)兩者的結(jié)合力。升高溫度到125"C，施加4MPa的壓力，并保持約5分鐘，等溫度降低 至室溫后卸壓。分離模板,采用化學(xué)溶液腐蝕基底材料。鍍金膜最后，采用超聲去除基底材料 上的光刻膠，最終得到40線高溫的正交光柵。
在上述過(guò)程中采用其它耐高溫的金屬合金代替LY12鋁合金作為基底材料也得到了同樣 結(jié)果。
實(shí)施例2:
試件基底材料為不銹鋼片，光刻膠為聚甲基丙烯酸甲脂(AR-P 671. 09 E-Beam Resist PMMA 950K)，模板為1200線/毫米的正交云紋光柵。將試件表面拋光，表面不平度應(yīng)小于0. Olmm， 表面粗糙度為0. 12pm，清洗烘干，鍍一層鉻膜，把試件放在涂膠機(jī)上，用滴管滴1-2滴光刻 膠在其中心處。啟動(dòng)涂膠機(jī)以7000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)60秒，旋涂后基底材料表面的光刻膠 層厚度約為0.6微米。將烘干機(jī)升溫至18(TC，把涂有光刻膠層的基底材料放上烘干1分鐘， 以便增強(qiáng)兩者的結(jié)合力。升高溫度到15(TC，施加3MPa的壓力，并保持約2分鐘，等溫度降 低至室溫后卸壓。分離模板，采用化學(xué)溶液腐蝕基底材料。鍍鉻膜最后，采用超聲去除基底 材料上的光刻膠，最終得到1200線高溫的正交光柵。如圖2所示，在AFM顯微鏡下，可以清 晰地看到表面的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。將表面帶有高溫云紋光柵的材料制成標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試件，通過(guò)高溫 云紋干涉儀測(cè)試，可以觀察到云紋干涉圖，如圖3所示。
在上述過(guò)程中采用鎳膜或者鉑-鍺合金膜代替鉻膜也得到了同樣結(jié)果。
實(shí)施例3:
試件基底材料為硅片，光刻膠為聚甲基丙烯酸甲脂(495 PMMA A Resists solid:2% in Anisole)，模板為1200線/毫米的正交云紋光柵。將試件表面拋光，使表面不平度小于 O.Olmm，表面粗糙度為0.16pm，清洗烘干，鍍一層金膜，把試件放在涂膠機(jī)上，用滴管滴 l-2滴光刻膠在其中心處。啟動(dòng)涂膠機(jī)以1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速持續(xù)50秒，旋涂后基底材料表 面的光刻膠層厚度約為0. 1微米。將烘干機(jī)升溫至180°C，把涂有光刻膠層的基底材料放上烘 干1分鐘，以便增強(qiáng)兩者的結(jié)合力。升高溫度到150T，施加2MPa的壓力，并保持約3分鐘， 等溫度降低至室溫后卸壓。分離模板，采用化學(xué)溶液腐蝕基底材料。鍍金膜最后，采用超聲 去除基底材料上的光刻膠，最終得到1200線高溫的正交光柵。
在上述過(guò)程中采用其它耐高溫的非金屬材料代替硅片作為基底材料也得到了同樣結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種高溫云紋光柵的制作方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)將試件基底材料拋光，清洗、烘干后，在試件基體材料表面沉積一層在高溫下抗氧化的金屬膜；2)將光刻膠旋涂在試件基底材料上，烘干定膠后，將正交云紋光柵模板覆蓋在烘干定膠后基底材料上；通過(guò)溫控設(shè)備升溫，達(dá)到光刻膠的轉(zhuǎn)變溫度Tg以上后施加壓力，壓力的大小p和保持的時(shí)間t根據(jù)模板云紋光柵尺寸和光刻膠的型號(hào)確定；將溫度降低至室溫后卸壓，將云紋光柵模板與試件基底材料分離；此時(shí)，云紋光柵模板表面的圖案轉(zhuǎn)印到了試件基底材料表面的光刻膠上；3)采用干法或者濕法對(duì)試件基底材料進(jìn)行刻蝕；在試件基底材料表面再鍍一層在高溫下抗氧化的金屬膜，方法與第一層金屬膜相同；去除基底材料上的光刻膠，最終制成在高溫下使用的云紋光柵。所述的高溫為800～1000℃范圍。
2. 按照權(quán)利要求l所述高溫云紋光柵的制作方法，其特征在于所述的試件基底材料采 用耐高溫的金屬合金或非金屬材料。
3. 按照權(quán)利要求l所述高溫云紋光柵的制作方法，其特征在于所述的金屬膜采用金膜、 鉻膜、鎳膜或鉑-鍺合金膜。
4. 按照權(quán)利要求l所述高溫云紋光柵的制作方法，其特征在于所述的光刻膠為不同型 號(hào)的聚甲基丙烯酸甲脂。
5. 按照權(quán)利要求l所述高溫云紋光柵的制作方法，其特征在于光刻膠旋涂的厚度在 0. 1 1.0微米范圍，壓力的大小威1.0 4.0MPa范圍，保持的時(shí)間t在1.0 5.0分鐘范圍。
全文摘要
一種高溫云紋光柵的制作方法，屬于光學(xué)器件制造、光測(cè)力學(xué)領(lǐng)域。將試件基底材料拋光、清洗、烘干后，在試件基體材料表面沉積一層在高溫下抗氧化的金屬膜；根據(jù)模板上云紋光柵尺寸的特點(diǎn)和光刻膠的型號(hào)調(diào)整溫度、壓力、時(shí)間等參數(shù)，將模板的表面圖案轉(zhuǎn)印到基底材料的光刻膠上；經(jīng)過(guò)干法或濕法刻蝕，在基底材料上再鍍一層在高溫下抗氧化的金屬膜，去除光刻膠后，可制成高溫云紋光柵。所述的高溫為為800～1000℃范圍；所述的試件基底材料采用耐高溫的金屬合金或非金屬材料。光柵制作的原理清晰，且操作方便、效率高、成本底，可批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101539642SQ200910135728
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者唐敏錦, 朱建國(guó), 謝惠民 申請(qǐng)人:清華大學(xué)