专利名称：一种微纳米散斑制作方法
技术领域：
本发明属于光测力学、变形测量领域，具体涉及一种微纳米散斑制作方法。
背景技术：
随着微纳米技术的发展，微纳米器件和结构的性能指标和可靠性评估要求变形测量尺度达到了微纳米量级。微区域的变形测量对于变形测量载体的尺度提出了更高的要求。散斑是数字图像相关变形测量领域最基本的元素，物体表面变形散斑图的优劣直接影响了变形测量的精度。常规的散斑制作方法是直接在被测物表面喷漆，这种方法简单，易行，散斑质量较高。但是在特定情况下，这种散斑制备方法，已然不适用。如在被测试件的环境温度达到200°C后，试件表面的斑容易被氧化影响测量的精度。另一种情况是，当被测量研究的区域较小时，这种制斑方法也由于存在液滴效应不能达到所需要的尺度。S ACollette等(S A Collette, M A Sutton, P Miney等，Nanotechnologyl5(2004) 1812-1817)采用商用的直径200nm的多孔过滤铝膜镀金膜，进一步压印熔融的热塑性胶，热塑性胶固化后溶解掉过滤铝膜，得到聚合物表面纳米多孔结构，这种方法的缺点在于是利用现有的多孔结构作为散斑，散斑质量不可控。其次是该方法存在一定的局限性，只适用于热塑性良好的胶。申请专利201110284419. 0提出一种用甩胶机把环氧固化剂和微纳米粉末混合液均匀涂覆在试件表面的制斑方法，这种方法简单，容易实施，缺点是覆盖在试件表面的环氧层必然影响测量区域的变形，尤其是微区域的变形，这种影响更加不能忽略。申请专利201010138837. 4采用聚焦离子束技术直接在试件表面进行散斑刻蚀，得到微尺度区域的散斑图。这种方法直接，但是效率低，成本过高。申请专利200810101918. X提出一种制作高温微米散斑的方法，通过电子束曝光试件表面镀的高温膜直接得到高温散斑，虽然这种方法对散斑的质量可控，缺点是不适合推广，成本高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有质量可控、成本较低的微纳米散斑制作方法。根据本发明实施例的微纳米散斑制作方法，包括:A.利用计算机软件生成优化散斑图；B.对硅片或石英片进行切割、清洗、烘干、涂覆抗蚀剂的预处理；C.按照所述优化散斑图，对所述硅片或石英片进行电子束曝光；D.对曝光后的所述硅片或石英片进行显影、刻蚀、去除残留抗蚀剂、清洗的后处理，得到表面带有所述优化散斑图的散斑压印模板；E.对试件进行清洗，涂覆热塑性胶；F.将散斑压印模板与所述试件紧密贴合，置于热压印箱平台进行热压印；以及G.脱模，对热压印后的所述试件进行刻蚀和去除残留热塑性胶，得到表面具有散斑图的试件。在本发明的一个实施例中，所述微纳米散斑的直径为50nm_l U m。
在本发明的一个实施例中，所述热压印的持续时间为5-10min。本发明利用电子束曝光技术得到硅或者石英模板上的散斑图后，利用模板在试件表面进行压印，得到表面具有散斑的试件。本发明至少具有如下优点(I)散斑压印模板可反复使用，同时模板上的散斑图经过优化，可进行大量复制。(2)在硅片或石英片的表面进行电子束曝光的技术比较成熟并且成本低，可避免直接在试件表面用电子束曝光费用过高的缺点。(3)如果试件表面属于高温材料，对试件表面进行压印和刻蚀，还可制作高温散斑。而高温散斑是现有技术无法实现的，故本发明的方法具有更广泛的应用。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为本发明实施例的微纳米散斑制作方法的流程图。图2为计算机模拟的优化散斑图。图3为用于电子束曝光机的二值化的优化散斑图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。如图1所示，本发明实施例的微纳米散斑制作方法的流程包括以下步骤A.利用计算机软件生成优化散斑图。具体地，用计算机软件生成多幅颗粒大小和数目各不相同的模拟散斑图，根据散斑优劣评价指标-图像平均灰度梯度筛选最优散斑图，随后将该散斑图转化为黑白二值图；根据被测对象的需求确定散斑的平均直径。在本发明一个实施例中，散斑的大小为3个像素。B.对硅片或石英片进行切割、清洗、烘干、涂覆抗蚀剂的预数理。具体地，将硅片或石英片进行切割成适合的尺寸和形状，用乙醇、丙酮等清洗，随后烘干，涂覆电子束抗蚀剂。C.按照优化散斑图，对硅片或石英片进行电子束曝光。具体地，将二值化后的优化散斑图导入电子束曝光机控制计算机。将硅片或石英片放入电子束曝光机腔内，控制计算机程序在硅片或石英片表面电子束曝光。D.对曝光后的硅片或石英片进行显影、刻蚀、去除残留抗蚀剂、清洗的后处理，得到表面带有优化散斑图的散斑压印模板。具体地，曝光后对硅片或石英片进行显影，然后对硅片进行反应离子刻蚀，控制刻蚀的时间，在硅片表面得到适合深度的散斑凹点。用丙酮等溶液清洗硅片表面的抗蚀剂，并对硅片进行适度烘烤，得到表面有优化散斑图的压印模板。E.对试件进行清洗，涂覆热塑性胶。具体地，对试件进行清洗后在其表面甩上热塑性胶，胶的厚度适中。F.将散斑压印模板与试件紧密贴合，置于热压印箱平台进行热压印。具体地，待胶固化后，将有散斑结构的硅模板的一面与试件涂有热压印胶的一面紧密贴合，放在热压印平台上，控制压印箱内的温度和真空度。当温度达到热压印胶的软化温度后，对压印试件施加适当的压强。压强一般控制在几个兆帕。本发明的一个实施例中，热压印时间持续5-10min。随后对压印环境进行降温，待温度降到合适值时，取出试件和模板G.脱模，对热压印后的试件进行刻蚀和去除残留热塑性胶，得到表面具有散斑图的试件。具体地，对原本连接在一起的试件和模板进行脱模。将压印后的带有热压印胶的试件进行反应离子刻蚀，根据反应气体对所选择的试件材料和热压印胶刻蚀速率比，控制刻蚀的时间到合适的深度。最后将刻蚀后的试件放入丙酮溶解掉表面残留的热塑性胶，得到试件表面所需要的微纳米散斑结构。在本发明的一个实施例中，微纳米散斑的直径为50nm_lu m。本发明利用利用电子束曝光技术得到硅或者石英模板上的散斑图后，利用模板在试件表面进行压印，得到表面具有散斑的试件。本发明至少具有如下优点(I)散斑压印模板可反复使用，同时模板上的散斑图经过优化，可进行大量复制。(2)在硅片或石英片的表面进行电子束曝光的技术比较成熟并且成本低，可避免直接在试件表面用电子束曝光费用过高的缺点。(3)如果试件表面属于高温材料，对试件表面进行压印和刻蚀，还可制作高温散斑。而高温散斑是现有技术无法实现的，故本发明的方法具有更广泛的应用。为使本领域技术人员更好地理解本发明，现进一步详细介绍一个实例如下。通过计算机软件模拟散斑生成多幅散斑图(图2)，其中散斑图各个散斑点的灰度分布由高斯光斑分布叠加形成，各点的灰度可用下面的函数表示
权利要求
1.一种微纳米散斑制作方法，其特征在于，包括 A.利用计算机软件生成优化散斑图； B.对硅片或石英片进行切割、清洗、烘干、涂覆抗蚀剂的预处理； C.按照所述优化散斑图，对所述硅片或石英片进行电子束曝光； D.对曝光后的所述硅片或石英片进行显影、刻蚀、去除残留抗蚀剂、清洗的后处理，得到表面带有所述优化散斑图的散斑压印模板； E.对试件进行清洗，涂覆热塑性胶； F.将散斑压印模板与所述试件紧密贴合，置于热压印箱平台进行热压印；以及 G.脱模，对热压印后的所述试件进行刻蚀和去除残留热塑性胶，得到表面具有散斑图的试件。
2.如权利要求I所述的制作方法，其特征在于所述微纳米散斑的直径为50nm-lu m。
3.如权利要求I所述的制作方法，其特征在于所述热压印的持续时间为5-10min。
全文摘要
本发明提出一种微纳米散斑制作方法，包括利用计算机软件生成优化散斑图；对硅片或石英片进行切割、清洗、烘干、涂覆抗蚀剂的预处理；按照优化散斑图，对硅片或石英片进行电子束曝光；对曝光后的硅片或石英片进行显影、刻蚀、去除残留抗蚀剂、清洗的后处理，得到表面带有优化散斑图的散斑压印模板；对试件进行清洗，涂覆热塑性胶；将散斑压印模板与试件紧密贴合，置于热压印箱平台进行热压印；以及脱模，对热压印后的试件进行刻蚀和去除残留热塑性胶，得到表面具有散斑图的试件。本发明具有质量可控、成本较低的优点。
文档编号B81C1/00GK102981360SQ201210501039
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者谢惠民, 吴丹, 唐敏锦 申请人:清华大学