专利名称：一种用于大面积微纳结构制作的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于大面积微纳结构制作的装置。
背景技术：
目前，用于微纳结构制作的技术主要有光学光刻、电子束光刻、离子束光刻和纳米压印技术等。然而在制作大面积微纳结构时，对于光学光刻技术，光刻系统的曝光波长越来越短，系统的数值孔径越来越大，分辨力和焦深之间的矛盾越来越突出。电子束光刻和离子束光刻的分辨力尽管很高，但效率低下，不适合制作大面积结构。纳米压印技术尽管具有分辨力高、重复性好等优点，但在大面积纳米压印模板的制作方面遇到很大的困难。现有的微纳加工技术存在高成本、低效率、无法大规模生产等一系列问题，制作大面积微纳结构遇到严峻的挑战，迫切要求发展其它类型的价格低廉的设备，以满足纳米化合物半导体电路、纳米MEMS、集成光学、磁信息存储器等领域对大面积微纳结构制作技术的要求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服上述技术的不足，提供一种简便、高效、快速、经济的用于大面积微纳结构制作装置。
本发明的技术解决方案是一种用于大面积微纳结构制作的装置，其特征在于相干光源、快门、空间滤波器、光阑、样品台、反射镜、精密转台、二维平移台、局部暗室、计算机控制系统，反射镜和样品台互相垂直并固定在精密转台上，同时样品台还固定在二维平移台上，样品台、反射镜、精密转台和二维平移台均置于局部暗室内，入射激光束同时照射在反射镜和样品台上，激光束由相干光源发出，经快门进入空间滤波器，经过空间滤波器提高空间相干性和光束均匀性后，再经光阑控制杂光和光束的大小，最后照射在反射镜和样品台上，快门的打开与关闭、二维平移台的移动和精密转台的转动由计算机控制系统来完成。
本发明的原理是本发明采用空间滤波器能够提高光束的空间相干性和均匀性，同时也起到扩束的作用，便于大面积曝光；空间滤波器到样品台的距离在2m左右或1.5-2.5m，由于球面波的半径很大，光轴附近的光束近似平面波，减少了由于引入光束准直系统而引起的能量损失；入射光束同时照在反射镜和样品台上，反射光和部分入射光形成干涉，干涉场内光的强度分布呈周期性变化，使样品台上的光敏胶感光。反射镜和样品台(通过二维平移台)互相垂直并固定在精密转台上，通过精密转台的精密转动可以改变相干光束的入射角度，同时保证了两相干光束的入射角度总是相等，便于操作。为减少激光干涉中的杂散光、提高干涉图案的对比度，反射镜、样品台、精密转台、二维平移台放在局部暗室内。通过改变光敏胶的极性、样品的位置和曝光次数可以形成周期性光栅、孔阵、点阵、柱阵图形等。
本发明相比于现有技术有以下优点(1)该装置不需要掩模和复杂的光学系统，结构简单，研制成本低。
(2)具有无限大焦深，样品放置容易，曝光面积大、效率高。
(3)反射镜和样品台互相垂直，使形成相干光场的两束光的入射角总是对称相等，光路调整简单，操作简便。
(4)在双光束干涉实验中，由于气体扰动、平台震动等因素的影响，两光束的位相差在不停的变化，需要有位相反馈系统进行补偿。本发明采用一束激光同时照射在反射镜和样品上，不需要位相反馈系统，抗周围环境的干扰能力强。
(5)为了避免在换样过程中对反射镜镜面的损伤，样品台固定在二维平移台上，在换样时通过平移台增加样品台与反射镜之间的距离，换样结束后将平移台复位。
故本发明可以实现大面积微纳结构制作，为大面积纳米压印模板、金属微纳结构、微纳光学元件、纳米MEMS、生化传感芯片、磁信息存储器制作等提供新的加工装置。
图1为本发明的结构框图；图2为本发明的激光干涉的工作原理图；图3为本发明的控制系统的硬件组成框图；图4为本发明的计算机控制系统流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明由主要包括相干光源1、快门2、空间滤波器3、光阑4、样品台5、反射镜6、精密转台7、二维平移台8、局部暗室9、计算机控制系统10。激光束由相干光源1发出，经快门2、反射镜6进入空间滤波器3，空间滤波器3提高空间相干性和光束均匀性后，再经光阑4控制杂光和光束的大小，最后照射在反射镜6和样品台5上。样品台5首先固定在二维平移台7上，再将其和反射镜6垂直一起固定在精密转台7上。快门2的打开与关闭、二维平移台8的移动和精密转台7的转动由计算机控制系统10来完成。为减少激光干涉中的杂散光、提高干涉图案的对比度，样品台5、反射镜6、精密转台7、二维平移台8放在暗室9内。曝光过程由快门2控制，当快门2处于打开状态时曝光开始，快门2关闭时曝光过程结束。通过精密转台7的精密转动可以改变光在反射镜6和样品台5上的入射角度，从而改变微纳结构的周期。将样品台5固定在二维平移台8上，在换样时通过二维平移台8增加样品台5与反射镜6之间的距离，换样结束后将二维平移台8复位，可避免在换样品过程中对反射镜6镜面的损伤。
如图2所示，入射光束同时照在反射镜6和样品台5上，反射光和部分入射光形成干涉，干涉场内光的强度分布呈周期性变化，使样品台5上的光敏胶感光，显影后可得到周期性的微纳结构。由于反射镜6和样品台5互相垂直，参与干涉的两束光的入射角度总是相等，可提高图形的对比度。
如图3所示，计算机控制系统10包括计算机、计算机串口、快门驱动机构、快门光栏、步进电机，计算机通过计算机串口输出脉冲信号控制快门驱动机构，从而实现快门的打开与关闭；同时采用步进电机作为驱动电机，将电脉冲直接转换为角位移，控制精密转台和二维平移台的转动和移动。
如图4所示，计算机控制系统10的控制流程图。计算机产生脉冲信号，通过计算机串口传到快门驱动机构，控制快门光栏的开启，实现曝光过程的控制；采用步进电机作为驱动电机，将计算机输出的电脉冲直接转换为角位移，控制精密转台的精密转动实现样品台和反射镜的转动，从而改变参与干涉的两束光的入射角度；同时将计算机输出的电脉冲驱动步进电机，从而控制二维平移台的移动，实现样品台的移动，避免在换样品过程中对反射镜镜面造成损伤。
权利要求
1.一种用于大面积微纳结构制作的装置，其特征在于主要包括相干光源(1)、快门(2)、空间滤波器(3)、光阑(4)、样品台(5)、反射镜(6)、精密转台(7)、二维平移台(8)、局部暗室(9)、计算机控制系统(10)；反射镜(6)和样品台(5)互相垂直并固定在精密转台(7)上，同时样品台(5)还固定在二维平移台(8)上，样品台(5)、反射镜(6)、精密转台(7)和二维平移台(8)均置于局部暗室(9)内，入射激光束同时照射在反射镜(6)和样品台(5)上，激光束由相干光源(1)发出，经快门(2)进入空间滤波器(3)，经过空间滤波器(3)提高空间相干性和光束均匀性后，再经光阑(4)控制杂光和光束的大小，最后照射在反射镜(6)和样品台(5)上，快门(2)的打开与关闭、二维平移台(8)的移动和精密转台(7)的转动由计算机控制系统(10)来完成。
2.根据权利要求1所述的用于大面积微纳结构制作的装置，其特征在于所述的空间滤波器(3)到样品台(5)的距离在1.5-2.5m。
全文摘要
一种用于大面积微纳结构制作的装置，其特征在于反射镜和样品台互相垂直并固定在精密转台上，入射激光束同时照射在反射镜和样品台上，反射光和部分入射光在样品区域形成干涉。主要包括相干光源、快门、空间滤波器、光阑、样品台、反射镜、精密转台、二维平移台、局部暗室、计算机控制系统等。样品台、反射镜、精密转台、二维平移台放在局部暗室内。激光束由相干光源发出，经快门进入空间滤波器提高空间相干性和光束均匀性，再经光阑控制杂光和光束的大小，最后照射在反射镜和样品台上。快门的打开与关闭、二维平移台的移动和精密转台的转动由计算机控制系统来完成。本发明具有经济、高效、操作简便、抗干扰能力强等优点，可用于大面积纳米压印模板、金属微纳结构、微纳光学元件、纳米MEMS、生化传感芯片、磁信息存储器制作等领域。
文档编号G03F7/00GK101063809SQ20071009949
公开日2007年10月31日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者陈献忠, 罗先刚, 张春梅, 姚汉民, 杜春雷, 李海颖 申请人:中国科学院光电技术研究所