本发明涉及一种采用lift-off原理制作方形光栅的方法，属于光栅加工领域。
背景技术：
光栅作为一种优良的色散元件，在光通信领域，光谱分析领域得到了广泛的运用。近年来，特别是光刻法全息光栅工艺的出现和完善，大大提高了光栅的制作效率和光栅质量。使光栅得以在更广泛的领域里发挥作用。
近年来光刻法制作全息光栅工艺得到大力的发展，光刻工艺和光栅复制工艺都在不断的完善，但目前依然存在一定的局限性。采用光刻法制作全息光栅的大致工艺流程为：涂胶——曝光——显影——刻蚀。采用这种全息工艺，依然存在至少两类问题，一类是采用离子束刻蚀的方法进行刻蚀，刻蚀速率很低，生产效率低下。另一类问题是该工艺的稳定性较差，导致产品的稳定性较差。
美国专利局公告的专利《blazedholographicgrating,methodforproducingthesameandreplicagrating》(《闪耀全息光栅，及复制光栅的方法》，专利号：us7455957b2)公开了一种复制光栅的方法，其复制过程是：先在母光栅表面喷涂上一层脱模剂，然后再在脱模层上镀一层金属膜；之后采用一种热塑性粘结剂将复制光栅基片和金属膜层粘结在一起；最后在脱模剂层上，将母光栅和复制光栅分开，得到所复制的光栅。
这种复制光栅的方法主要运用在闪耀光栅上的复制，但这种复制光栅的方法需要先在母光栅上喷涂一层脱膜剂，脱膜剂的使用，容易污染模板光栅及所镀的膜层，长期会导致光栅母版质量的下降。并且按照这种复制方法，需要将复制后的光栅按照实际使用的尺寸进行切割，对于小数量的光栅需求来说，按照这种复制后再切割的工艺，不会造成太大的时间浪费，但是对于大批量的光栅需求来说，切割过程所占用的时间，对于光栅的生产效率来说，影响明显。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用lift-off原理制作方形光栅的方法。该采用lift-off原理制作方形光栅的方法可以有效提高方形基片光栅的加工精度和加工质量，提高生产合格率。本发明提出一种采用lift-off原理制作光栅的方法，适用于全息光栅的复制，有利于控制光栅衍射效率及产品生产效率。
一种采用lift-off原理制作方形光栅的方法，包括以下依序进行的步骤：
①对方形基片进行清洁；
②真空旋转涂胶，使用真空涂胶机对方形基片进行涂胶，胶液通过旋转离心力均匀分散涂抹在方形基片表面；
③热板平移烘干，在真空环境下采用平行基片的热板对完成步骤②的方形基片的胶液进行烘干；
④对完成步骤③的基片进行全息曝光和显影；
⑤icp刻蚀，对完成步骤④的基片进行刻蚀；
⑥镀膜，使用镀膜夹具夹住方形基片，在镀膜机中对完成步骤⑤的基片进行镀膜；
⑦胶合，对完成步骤⑥后的基片进行紫外胶胶合；
⑧分离，紫外固化结束后，采用子母光栅分离装置将母光栅和子光栅基片进行分离。
其中，所述子母光栅分离装置包括冷冻室以及设置于冷冻室内的分离钳，所述分离钳包括主升降平台以及安装在主升降平台上的子光栅载物台和母光栅载物台，所述子光栅载物台包括子光栅二维位移台、与子光栅二维位移台连接的子光栅升降台、一子光栅基片夹持器设置于子光栅载物台上，所述母光栅载物台包括六自由度pi并联微动平台和与六自由度pi并联微动平台连接的母光栅二维位移台，一母光栅夹持器设置于母光栅载物台上，六自由度pi并联微动平台可实现对母光栅的六个方向的精确微调。
其中，所述母光栅和子光栅基片的分离包括以下依序进行的步骤：
s-1：向冷冻室中注入一定量冷却液；
s-2：通过子光栅二维位移台和子光栅升降台调节光栅基片夹持器的位置并通过六自由度pi并联微动平台和母光栅二维位移台调节母光栅夹持器的位置，将紫外固化结束后的紫外胶光栅采用子光栅基片夹持器夹持住子光栅基片的一侧，采用母光栅夹持器夹持住母光栅的一侧；
s-3：调节主升降平台高度，使紫外固化结束后的紫外胶光栅整体浸入冷却液中；
s-4：通过子光栅二维位移台和子光栅升降台调节光栅基片夹持器的位置并通过六自由度pi并联微动平台和母光栅二维位移台调节母光栅夹持器的位置，使子光栅基片夹持器与母光栅夹持器分离，带动母光栅和子光栅基片的分离。
其中，所述紫外胶胶合的方法为：在母光栅上沉积金属膜层，调整镀膜速率为15nm/min，镀膜时间为6min，镀膜结束后，然后将0.5ml紫外固化胶均匀涂布在镀膜后的母光栅上形成紫外固化胶层，取一片清洁干净的6mm的子光栅基片，盖在紫外固化胶层上，并轻轻按压，将多余的紫外固化胶排出，待紫外胶不再排出时，进行紫外固化，调整紫外线光源的功率为1mw，控制固化时间为2小时。
其中，采用紫外胶固化装置在母光栅上镀膜沉积金属膜层，所述紫外胶固化装置包括紫外线光源以及位于紫外线光源下方的固化机构；所述固化机构包括固设在传输带上的载物平台以及导向条，所述载物平台滑动设置在导向条上；所述导向条两侧紧贴载物平台两侧固定设置有柔性刮胶条。
其中，所述真空涂胶机包括座体、罩体、涂胶装置和抽真空装置；所述座体包括支撑台、升降台和设置在升降台上可吸附基片的转盘；第一转盘由一电机驱动转动；所述罩体由一第一液压驱动装置驱动升降，罩体底部可与支撑台密封配合；罩体上设置有进气阀；所述涂胶装置包括进胶管和设置在进胶管一端的出胶口；所述出胶口设置在罩体内且位于第一转盘中心上方；所述进胶管一端密封滑动穿入罩体内，另一端连通一进胶装置；所述抽真空装置包括设置在罩体外的抽真空泵和抽真空管；抽真空管一端连接抽真空泵，另一端固定在罩体上且连通罩体内空间。
其中，所述支撑台上设置有一与升降台配合的凹槽；升降台由一设置在凹槽底部的第二液压驱动装置驱动升降，使升降台的位置可在凹槽内外切换；所述凹槽顶部设置有开合板；开合板与凹槽密封配合，开合板上设置有可缓慢向凹槽内漏气的单向稳压阀。
其中，所述支撑台上设置有卡槽；卡槽内设置有密封垫片；卡槽与罩体下端密封配合；所述镀膜夹具包括圆盘夹具以及中空的圆环夹具；所述圆盘夹具上端面绕圆心均匀设置四个贯穿圆盘夹具的方形通槽；方形通槽内壁设置有凸起；所述方形通槽一侧设置有弧形槽；位于同侧的两方形通槽通过一矩形槽连通；所述圆盘夹具可拆卸连接于圆环夹具上；所述圆环夹具的空心圆与方形通槽相对；所述圆环夹具通过螺丝与机箱顶部螺纹连接。
其中，所述圆环夹具上端面绕圆心均匀设置多个贯穿圆环夹具的螺钉紧固槽；一螺钉依次穿过圆盘夹具的螺孔以及所述螺钉紧固槽使圆盘夹具和圆环夹具卡接。
其中，所述镀膜夹具还包括拆取装置；所述拆取装置包括依次连接的第三液压驱动装置、“l型”的连接架以及固定块；所述固定块上端面设置有第一电机；所述第一电机的转轴与一四爪支架中心连接；所述四爪支架的爪子末端均设置有第四液压驱动装置；所述圆盘夹具外壁均匀设置有四个卡槽；第四液压驱动装置的液压杆与卡槽相对应设置；所述拆取装置还包括第二电机以及固定第二电机的工作台；所述第二电机的转轴连接有固定桩；所述固定桩一侧与第三液压驱动装置连接。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用热板对基片涂胶进行烘干，可以保障烘干的均匀和快速。
2、本发明的真空涂胶机对方形基片进行涂胶，可以排除空气对基片涂胶的影响，使方形基片涂胶更均匀。
3、本发明的真空涂胶机设置有可升降的罩体，可以方便的使基片位置的空间形成密闭空间，方便抽真空。
4、本发明的真空涂胶机的升降台可缩入凹槽内，避免涂胶完成后恢复内外气压平衡时进气对未干的胶水产生不利影响。
5、本发明的镀膜夹具，方便取下掩膜，不容易造成掩膜破损，提高了工作效率。
6、本实用的镀膜夹具，通过在圆环夹具上设置螺钉紧固槽实现圆环夹具与圆盘夹具可拆卸的功能，方便取下掩膜。
7、本发明的镀膜夹具，通过在圆盘夹具上开设卡槽与拆取装置配合设置，将圆盘夹具从圆环夹具上自动拆取出来，解决了基片污染或的问题，提高了工作效率。
8、本发明的载物平台滑动设置在导向条上；可增强载物平台运动时的稳定性。
9、本发明的导向条两侧紧贴载物平台两侧固定设置有柔性刮胶条，当载物平台滑动时，柔性刮胶条对光栅倒角和边缘处所积存的紫外固化胶进行刮削，可以较为彻底的清除余胶。
10、本发明的金属膜层与紫外固化胶层的结合力比与玻璃基底的母光栅结合力大，而且，在低温冷冻的状态下母光栅与金属膜层分离更为彻底，不容易产生金属碎片或者黏连的现象，形成叠加金属膜层以及紫外固化胶层的子光栅基片的质量更高。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明中真空涂胶机涂胶时的示意图；
图3为本发明中真空涂胶机涂胶后的示意图；
图4为本发明中的镀膜夹具的圆环夹具与机箱顶部的装配图；
图5为本发明中的镀膜夹具的圆盘夹具的俯视图；
图6为本发明中的镀膜夹具的圆盘夹具的侧视图；
图7为本发明中的镀膜夹具的拆取装置侧视图；
图8为本发明冷冻室和分离钳的示意图；
图9为分离钳的结构示意图；
图10为紫外胶固化装置的结构示意图；
图11为紫外胶固化装置的固化机构的侧视剖视图。
图中附图标记表示为：
11-座体、111-支撑台、1111-凹槽、1112-开合板、1113-卡槽、1114-单向稳压阀、112-升降台、113-第一转盘、12-罩体、121-进气阀、13-涂胶装置、131-进胶管、132-出胶口、135-进胶装置、14-抽真空装置、141-抽真空泵、142-抽真空管、15-第一液压驱动装置、16-第二液压驱动装置、21-圆盘夹具、211-方形通槽、2111-凸起、212-弧形槽、213-矩形槽、22-圆环夹具、221-螺钉紧固槽、222-卡槽、23-机箱、24-拆取装置、241-第三液压驱动装置、242-连接架、243-固定块、244-第一电机、245-四爪支架、246-第四液压驱动装置、25-工作台、251-第二电机、252-固定桩、31-冷冻室、32-分离钳、320-主升降平台、321-子光栅二维位移台、322-子光栅升降台、323-子光栅基片夹持器、324-六自由度pi并联微动平台、325-母光栅二维位移台、326-母光栅夹持器、7-母光栅、9-子光栅基片、7-母光栅、8-金属膜层、9-子光栅基片、101-紫外线光源、102-固化机构、103-传输带、104-载物平台、105-导向条、106-柔性刮胶条、107-紫外固化胶层、108-马达、109-凸起、110-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1，一种采用lift-off原理制作方形光栅的方法，包括以下依序进行的步骤：
①对方形基片进行清洁；
②真空旋转涂胶，使用真空涂胶机对方形基片进行涂胶，胶液通过旋转离心力均匀分散涂抹在方形基片表面；
③热板平移烘干，在真空环境下采用平行基片的热板对完成步骤②的方形基片的胶液进行烘干；
④对完成步骤③的基片进行全息曝光和显影；
⑤icp刻蚀，对完成步骤④的基片进行刻蚀；
⑥镀膜，使用镀膜夹具夹住方形基片，在镀膜机中对完成步骤⑤的基片进行镀膜；
⑦胶合，对完成步骤⑥后的基片进行紫外胶胶合；
⑧分离，紫外固化结束后，采用子母光栅分离装置3将母光栅7和子光栅基片9进行分离。
进一步的，参见图8、图9，所述子母光栅分离装置3包括冷冻室31以及设置于冷冻室31内的分离钳32，所述分离钳32包括主升降平台320以及安装在主升降平台320上的子光栅载物台和母光栅载物台，所述子光栅载物台包括子光栅二维位移台321、与子光栅二维位移台321连接的子光栅升降台322、一子光栅基片夹持器323设置于子光栅载物台上，所述母光栅载物台包括六自由度pi并联微动平台324和与六自由度pi并联微动平台324连接的母光栅二维位移台325，一母光栅夹持器326设置于母光栅载物台上，六自由度pi并联微动平台324可实现对母光栅7的六个方向的精确微调。
进一步的，所述母光栅7和子光栅基片9的分离包括以下依序进行的步骤：
s3-1：向冷冻室中31注入一定量冷却液；
s3-2：通过子光栅二维位移台321和子光栅升降台322调节光栅基片夹持器323的位置并通过六自由度pi并联微动平台324和母光栅二维位移台325调节母光栅夹持器326的位置，将紫外固化结束后的紫外胶光栅采用子光栅基片夹持器323夹持住子光栅基片9的一侧，采用母光栅夹持器326夹持住母光栅7的一侧；
s3-3：调节主升降平台320高度，使紫外固化结束后的紫外胶光栅整体浸入冷却液中；
s3-4：通过子光栅二维位移台321和子光栅升降台322调节光栅基片夹持器323的位置并通过六自由度pi并联微动平台324和母光栅二维位移台325调节母光栅夹持器326的位置，使子光栅基片夹持器323与母光栅夹持器326分离，带动母光栅7和子光栅基片9的分离。
进一步的，参见图10、11，所述紫外胶胶合的方法为：在母光栅7上沉积金属膜层8，调整镀膜速率为15nm/min，镀膜时间为6min，镀膜结束后，然后将0.5ml紫外固化胶均匀涂布在镀膜后的母光栅7上形成紫外固化胶层107，取一片清洁干净的6mm的子光栅基片9，盖在紫外固化胶层107上，并轻轻按压，将多余的紫外固化胶排出，待紫外胶不再排出时，进行紫外固化，调整紫外线光源101的功率为1mw，控制固化时间为2小时。
进一步的，参见图10、11，采用紫外胶固化装置在母光栅7上镀膜沉积金属膜层8，所述紫外胶固化装置包括紫外线光源101以及位于紫外线光源101下方的固化机构102；所述固化机构102包括固设在传输带103上的载物平台104以及导向条105，所述载物平台104滑动设置在导向条105上；所述导向条105两侧紧贴载物平台104两侧固定设置有柔性刮胶条106。
进一步的，紫外胶固化装置还包括至少一个驱动传输带103作线性运动的旋转马达108，所述旋转马达108与传输带103之间通过齿轮结构连接，所述传输带103设置有一个凸起109，该载物平台104上设置有一个与凸起109相适配的凹槽110。
进一步的，参见图2、图3，所述真空涂胶机包括座体11、罩体12、涂胶装置13和抽真空装置14；所述座体11包括支撑台111、升降台112和设置在升降台112上可吸附基片的转盘113；第一转盘113由一电机驱动转动；所述罩体12由一第一液压驱动装置15驱动升降，罩体12底部可与支撑台111密封配合；罩体12上设置有进气阀121；所述涂胶装置13包括进胶管131和设置在进胶管131一端的出胶口132；所述出胶口132设置在罩体12内且位于第一转盘113中心上方；所述进胶管131一端密封滑动穿入罩体12内，另一端连通一进胶装置135；所述抽真空装置14包括设置在罩体12外的抽真空泵141和抽真空管142；抽真空管142一端连接抽真空泵141，另一端固定在罩体12上且连通罩体12内空间。
进一步的，所述支撑台111上设置有一与升降台112配合的凹槽1111；升降台112由一设置在凹槽1111底部的第二液压驱动装置16驱动升降，使升降台112的位置可在凹槽1111内外切换；所述凹槽1111顶部设置有开合板1112；开合板1112与凹槽1111密封配合，开合板1112上设置有可缓慢向凹槽1111内漏气的单向稳压阀1114。
进一步的，所述支撑台111上设置有卡槽1113；卡槽1113内设置有密封垫片；卡槽1113与罩体12下端密封配合。
所述真空涂胶机的工作原理：
如图2所示，将基片放置在第一转盘113上，第一液压驱动装置15驱动罩体12下移，罩体12下端部卡入卡槽1113中实现密封配合；抽真空泵141工作抽出罩体11内空气，抽真空完成后，进胶装置135将胶经进胶管131送至出胶口132上滴在基片中心，第一转盘113带动基片转动，通过离心力使滴在基片中心的胶水向外扩展，均匀涂抹在基片上。
进一步的，参见图4至图7，所述镀膜夹具包括圆盘夹具21以及中空的圆环夹具22；所述圆盘夹具21上端面绕圆心均匀设置四个贯穿圆盘夹具21的方形通槽211；方形通槽211内壁设置有凸起2111；所述方形通槽211一侧设置有弧形槽212；位于同侧的两方形通槽211通过一矩形槽213连通；所述圆盘夹具21可拆卸连接于圆环夹具22上；所述圆环夹具22的空心圆与方形通槽211相对；所述圆环夹具22通过螺丝与机箱23顶部螺纹连接。
进一步的，所述圆环夹具22上端面绕圆心均匀设置多个贯穿圆环夹具22的螺钉紧固槽221；一螺钉依次穿过圆盘夹具21的螺孔以及所述螺钉紧固槽221使圆盘夹具21和圆环夹具22卡接。
进一步的，所述镀膜夹具还包括拆取装置24；所述拆取装置24包括依次连接的第三液压驱动装置241、“l型”的连接架242以及固定块243；所述固定块243上端面设置有第一电机244；所述第一电机244的转轴与一四爪支架245中心连接；所述四爪支架245的爪子末端均设置有第四液压驱动装置246；所述圆盘夹具21外壁均匀设置有四个卡槽222；第四液压驱动装置246的液压杆与卡槽222相对应设置；所述拆取装置24还包括第二电机251以及固定第二电机251的工作台25；所述第二电机251的转轴连接有固定桩252；所述固定桩252一侧与第三液压驱动装置241连接。
所述镀膜夹具的工作原理：
工作时，将圆环夹具22固定用螺丝固定于机箱23顶部，然后将需要加工的掩膜嵌入方形通槽211内，然后第三液压驱动装置241带动四爪支架245上下运作，使得第四液压驱动装置246移至圆盘夹具21的卡槽222对应的位置，然后第三液压驱动装置241停止运作，第四液压驱动装置246开始运作，第四液压驱动装置246的液压杆往外伸，直至插入卡槽222后，停止工作，接着第二电机251开始工作，将圆盘夹具21翻转至上方，此时方形通槽211内的掩膜朝上，此时第二电机251停止工作，接着第三液压驱动装置241又开始运作，将圆盘夹具21移至机箱23顶部，进而靠近圆环夹具22，然后将螺钉下移对准圆盘夹具21的螺孔以及螺钉紧固槽221后套入，此时第三液压驱动装置241停止运作，此时第一电机244开始工作，第一电机244的转轴带动四爪支架245转动，进而带动圆盘夹具21转动，进而螺钉紧固槽221与螺钉231卡住，进而使圆盘夹具21固定于圆环夹具22上。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。