CN101240996B - 一种制作高温微米尺度散斑的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制作高温微米尺度散斑的方法，属于光测力学技术领域。本发明的技术特点是在电子束曝光机这一成熟商品仪器环境下，完成高温微米尺度散斑的制作，该方法操作简单、灵活，容易实现。通过改变电子束光学曝光系统的放大倍数、束流强度和刻蚀时间，制作出可变密度、可变深度、可变尺寸的散斑，适用于高温环境下不同材料的微观变形行为的研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温微米尺度散斑的制作方法，属于光测力学技术领域。
背景技术
转移或直接刻蚀在被测物体表面的散斑作为物体表面变形信息的载体，在光测力学领域中是数字图像相关法测量物体表面变形的基本元素。
目前常用的散斑制作方法多为人工制斑方法，如喷漆法，这种方法得到的散斑颗粒较大，可以通过肉眼识别，仅适用于宏观试件的宏观变形测量，无法满足宏观试件微观变形测量和微观试件(如MEMS)的变形测量要求，而且散斑的质量与操作者的技术娴熟程度密切相关，对于初学者很难得到均匀分布的的质量较高的散斑图。S A Collette等(S A Collette，M ASutton，P Miney等，Nanotechnology 15(2004)1812-1817)发展了一种可用于纳米级应变测量的散斑制作方法，首先将金膜涂在多孔氧化铝板表面，然后将该板压入聚合物试件中，将氧化铝板溶解从而使得金膜遗留在试件表面，但是这种方法仅适用于可以软化的聚合物材料，适用范围较小，而且难以控制散斑的尺寸。W.A.Scrivens等(W.A.Scrivens & Y.Luo& M.A.Sutton等，Experimental Mechanics(2007)47：63-77)等发展了两种可用于微纳米量级应变测量的散斑制作方法，一种是化学气相沉积方法制作纳米级散斑，另一种是紫外线光刻方法制作微米级散斑，这两种方法都属于化学方法，虽然制作方法比较简单，但是不易调节散斑的尺寸及密度等。
发明内容
本发明的目的是提供一种在电子束光学曝光机这一成熟商品仪器环境下，制作高温微米尺度散斑的方法，该方法操作简单灵活，可以在试件表面制作出可变密度、可变深度、可变尺寸的散斑，可适用于高温环境下不同材料的微观变形行为的研究。
本发明的技术方案如下：
一种制作高温微米尺度散斑的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)利用计算机软件模拟一幅散斑图或者打开一幅已有的散斑图，将散斑图转化为二值图；
2)将试件切割成所需要的形状，经清洗、抛光；
3)利用真空镀膜装置在试件表面镀一层耐高温薄膜，利用甩胶机在耐高温薄膜表面均匀涂布一层光刻胶；所述的耐高温薄膜为金属或无机物薄膜；
4)将试件平放在电子束曝光系统的载物台上，使镀膜的表面朝上，调整电子束曝光系统的放大倍数，预设置束流强度和刻蚀时间，根据得到的二值图对试件表面进行电子束曝光，，经过显影、定影后，光刻胶表面呈现随机分布的沟槽结构，观察该沟槽结构是否清晰，如果不清晰则不断重复调整束流强度和曝光时间，直至观察到清晰的沟槽结构为止；
5)在具有沟槽结构的光刻胶表面再镀一层与步骤3)中的薄膜不同的金属膜或无机物薄膜；
6)腐蚀掉剩余的光刻胶，最终在试件表面得到高温微米尺度散斑。
在本发明的上述技术方案中，步骤3)和步骤5)中所述的耐高温薄膜的膜厚优选为0.1～0.5μm，这两种耐高温薄膜的热膨胀系数与试件材料的热膨胀系数尽量一致或接近。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：散斑的制作过程在电子束曝光机这一成熟商品仪器中完成；制作散斑的工艺相对简单、灵活；散斑间距可变、深度可变、尺寸可变，在光测力学领域有着重要的用途。散斑刻蚀在耐高温薄膜表面，与耐高温薄膜的耐高温性能相同。
附图说明
图1为本发明的操作流程图。
图2为一幅模拟散斑图。
图3为图2经二值化处理的散斑图。
具体实施方式
现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
图1为本发明的操作流程图。利用计算机软件(如matlab)模拟一幅散斑图或者打开一幅已有的散斑图，将散斑图转化为二值图。将试件切割成所需要的形状，经清洗、抛光后，在试件表面先镀上一层耐高温薄膜，膜厚一般为0.1～0.5μm，耐高温薄膜可以是金属薄膜或无机物薄膜，然后利用甩胶机在耐高温薄膜表面均匀涂布一层光刻胶。将试件平放在电子束曝光系统的载物台上，使镀膜的表面朝上，调整电子束曝光系统的放大倍数，预设置束流强度和曝光时间，根据得到的二值图对试件表面进行电子束曝光，经过显影、定影后，光刻胶表面呈现随机分布的沟槽结构，观察该沟槽结构是否清晰，如果不清晰则不断重复调整束流强度和曝光时间，直至观察到清晰的沟槽结构为止。在具有沟槽结构的光刻胶表面再镀一层与前一种不同的耐高温薄膜。腐蚀掉剩余的光刻胶，即可在试件表面得到高温微米尺度散斑。
下面通过几个具体的实施例进一步理解本发明。
实施例1：
试件材料为单晶硅片，经清洗后，在试件表面上镀上一层Au膜，厚度为0.5μm，在甩胶机上均匀涂布一层ZEP520A光刻胶，厚度为0.5μm。
将该试件放置在电子束曝光机的载物台上，使镀有Au膜的一面朝上，经过反复尝试优化选择，选用加速电压U＝20kV，束流强度I＝430nA，放大倍数为500，工作距离为30mm，打开由模拟散斑图(图2)转化而成的二值图(图3)，曝光时间为10s，所用显影液和定影液分别为ZED-N50和2propand(异丙醇)，体积比为2∶3，然后镀Cr膜，厚度为0.3um，经去胶后最终得到所需的散斑图。
实施例2：
试件材料为玻璃片，经清洗后，在试件表面上镀上一层Ag膜，厚度为0.3μm，在甩胶机上均匀涂布一层ZEP520A光刻胶，厚度为0.5μm。
将该试件放置在电子束曝光机的载物台上，使镀有Ag膜的一面朝上，经过反复尝试优化选择，选用加速电压U＝15kV，束流强度I＝200nA，放大倍数为1000，工作距离为25mm，打开由模拟散斑图(图2)转化而成的二值图(图3)，曝光时间为15s，所用显影液和定影液分别为ZED-N50和2propand(异丙醇)，体积比为2∶3，然后镀Cu膜，厚度为0.2μm，经去胶后最终得到所需的散斑图。
实施例3：
试件材料为单晶硅片，经清洗后，在试件表面上镀上一层SiO2膜，厚度为0.1μm，在甩胶机上均匀涂布一层ZEP520A光刻胶，厚度为0.1μm。
将该试件放置在电子束曝光机的载物台上，使镀有SiO2膜的一面朝上，经过反复尝试优化选择，选用加速电压U＝10kV，束流强度I＝100nA，放大倍数为2000，工作距离为18mm，打开由模拟散斑图(图2)转化而成的二值图(图3)，聚焦清晰后曝光，曝光时间为8s，所用显影液和定影液分别为ZED-N50和2propand(异丙醇)，体积比为2∶3，然后镀氮化硅膜，厚度为0.1μm，经去胶后最终得到所需的散斑图。
Claims (1)
1.一种制作高温微米尺度散斑的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)利用计算机软件模拟一幅散斑图或者打开一幅已有的散斑图，将散斑图转化为二值图；
2)将试件切割成所需要的形状，经清洗、抛光；
3)利用真空镀膜装置在试件表面镀一层厚度为0.3～0.5μm的耐高温薄膜，利用甩胶机在耐高温薄膜表面均匀涂布一层光刻胶；所述的耐高温薄膜为金属薄膜；
4)将试件平放在电子束曝光系统的载物台上，使镀膜的表面朝上，调整电子束曝光系统的放大倍数，预设置束流强度和曝光时间，根据得到的二值图对试件表面进行电子束曝光，经过显影、定影后，光刻胶表面呈现随机分布的沟槽结构，观察该沟槽结构是否清晰，如果不清晰则不断重复调整束流强度和曝光时间，直至观察到清晰的沟槽结构为止；
5)在具有沟槽结构的光刻胶表面再镀一层与步骤3)中的薄膜不同的另一金属薄膜，该另一金属薄膜的厚度为0.3～0.5μm，这两种金属薄膜的热膨胀系数与试件材料的热膨胀系数一致或接近；
6)腐蚀掉剩余的光刻胶，最终在试件表面得到高温微米尺度散斑。
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