CN108681216A - 一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置，包括：光刻曝光组件和激光干涉曝光组件；激光干涉曝光组件包括激光器、用于将激光器发射的激光分成两束激光的分光器件、以及用于将两束激光反射至光屏上同一点的反射器件；两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角为则两束激光在光屏上干涉后产生的干涉条纹的周期T为：其，其中λ为激光的波长；调节反射器件与两束激光之间的入射角，改变两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角改变干涉条纹的周期T。本发明还提供了利用上述装置制备多周期多形貌的微纳米复合结构的方法。上述的装置和方法，可以在单一材料上制备具有不同周期不同形貌的周期性维纳米复合结构。
Description
技术领域
本发明涉及光电子信息技术领域，尤其涉及微加工技术。
背景技术
当今时代是一个以光电子信息技术为主要特征的时代，对于规则排列的微纳米阵列具有广泛前景，如在光子晶体、有机光电子器件、超疏水界面、压力传感器，表面等离子体拉曼增强测试等领域的应用。目前，微加工技术包括：光刻技术、激光加工技术，扫描电子束刻蚀，聚焦离子束等。激光加工技术是一种重要的微纳加工方式，利用不同波长不同类型的激光与不同材料(金属，紫外树脂胶，有机薄膜)相互作用，可以在材料表面制备出微纳米结构。激光加工技术具有很多优点，如高效、简易、绿色无污染优点。激光加工方法主要分为三维直写加工和干涉加工两种。激光直写加工方法可以实现复杂的三维微纳结构的加工，但是加工时间长，效率低难于用于批量化制造。激光干涉加工方法通过两束或多束激光光束叠加产生干涉场作用于材料，可以大大提高加工效率，并且无需掩膜、系统简易，加工面积大，成本低，目前已经成为一种广泛应用的微纳米加工手段。激光干涉加工过程可以通过调节干涉光源的光束的数目，光束的夹角，以及光束的能量等参数，可以实现多样化的微米尺度和纳米尺度的周期结构的加工，然而，激光干涉加工方法局限性在于仅能产生固定周期和光强分布的干涉场，制备出来的微米或纳米结构的形貌单一，可调谐性差，难以在单一材料上制备不同周期不同形貌的周期性结构。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置和方法，可以在单一材料上制备具有不同周期不同形貌的微纳米复合结构。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置，包括：光刻曝光组件和激光干涉曝光组件；
所述光刻曝光组件为光刻机；所述激光干涉曝光组件包括激光器、用于将激光器发射的激光分成两束激光的分光器件、以及用于将两束激光反射至光屏上同一点的反射器件；
所述两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角为则两束激光在光屏上干涉后产生的干涉条纹的周期T为：其，其中λ为激光的波长；调节所述反射器件与两束激光之间的入射角，改变两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角改变干涉条纹的周期T。
在一较佳实施例中：所述激光器与分光器件之间设置有快门，所述快门用于调整激光干涉曝光组件的曝光时间。
在一较佳实施例中：所述快门与分光器件之间还设有光整形器件；所述光整形器件包括凹透镜、凸透镜和光阑；所述激光器发出的激光经过凹透镜和凸透镜扩束后，再经过光阑整形。
本发明还提供了一种使用上述的装置制备多周期多形貌的微纳米复合结构的方法，包括如下步骤：
1)干净的玻璃衬底上用旋涂的方法制备一层负性紫外树脂胶薄膜，并放置在热台上进行第一次烘烤；
2)将带有树脂胶薄膜的玻璃衬底放置于光刻机的载物台上，并盖好掩膜版，掩膜版上具有微米级分辨率的图案；
3)进行第一次曝光；
4)将第一次曝光之后的带有树脂胶的玻璃衬底放置到激光干涉曝光组件的光屏处，进行二次曝光，干涉条纹的周期为纳米数量级；
5)将两次曝光后的树脂胶玻璃衬底放置热台进行第二次烘烤，而后进行显影并除去没有发生聚合反应的树脂胶，得到了多周期的微纳米复合结构；其中光刻机制备的周期性结构的周期为微米级，激光干涉曝光组件设备制备的周期性结构的周期为纳米级。
在一较佳实施例中：所述掩膜版的图案是条形明暗相间的图案或矩形明暗相间的图案，但实际制备中不限于这两种图形。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提供的一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置和方法，将光刻技术与激光干涉加工技术结合起来制备微纳米复合结构。加工过程采用光刻曝光和激光干涉曝光连续的曝光方法。通过设计光刻曝光的掩膜版的图案以及激光干涉加工中光束的数目，实现复杂形貌的微纳米复合结构的加工。
附图说明
图1为本发明优选实施例中激光干涉曝光组件的光路图。
图2为本发明优选实施例中制备多周期多形貌的周期性微结构的方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明。
参考图1，本发明提供了一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置，包括：光刻曝光组件和激光干涉曝光组件；
所述光刻曝光组件为光刻机；所述激光干涉曝光组件包括激光器、用于将激光器发射的激光分成两束激光的分光器件、以及用于将两束激光反射至光屏上同一点的反射器件；
所述两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角为则两束激光在光屏上干涉后产生的干涉条纹的周期T为：其，其中λ为激光的波长；调节所述反射器件与两束激光之间的入射角，改变两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角改变干涉条纹的周期T。干涉条纹的周期T为纳米级。
为了控制曝光时间，本实施例中所述激光器与分光器件之间设置有快门，所述快门用于调整激光干涉曝光组件的曝光时间。
为了更好地进行分光，所述快门与分光器件之间还设有光整形器件；所述光整形器件包括凹透镜、凸透镜和光阑；所述激光器发出的激光经过凹透镜和凸透镜扩束后，再经过光阑整形。
完整的光路传输说明如下：激光器发出波长为325nm的连续激光作为干涉光源，最大输出功率为200mW，激光首先经过快门对激光的通断时间进行控制，经由反射镜1反射后，将激光光束方向顺时针转90度，之后经由焦距为-30mm的凹透镜和焦距300mm的凸透镜将激光直径扩束10倍，再经由光阑对激光光束的形状进行控制，经由反射镜2反射后调整激光方向，再经由分光器件，本实施例中为半反半透镜，将激光分为光强相等的两束相干光，最后经由反射器件，本实施例中为反射镜3和反射镜4反射后汇聚到光屏的同一点。
使用上述的装置制备多周期多形貌的微纳米复合结构的方法，如图2所示包括如下步骤：
1)在干净的玻璃衬底上用旋涂的方法制备一层负性紫外树脂胶薄膜，并放置在热台上进行第一次烘烤；第一次烘烤的温度为95°，时间为3分钟。
2)将带有树脂胶薄膜的玻璃衬底放置于光刻机的载物台上，并盖好掩膜版，掩膜版上具有微米级分辨率的图案；
3)进行第一次曝光；曝光时间为1s；
4)将第一次曝光之后的带有树脂胶的玻璃衬底放置到激光干涉曝光组件的光屏处，进行二次曝光，曝光时间为0.07s；
5)将两次曝光后的树脂胶玻璃衬底放置热台进行第二次烘烤，烘烤温度为95°，时间为3min；而后进行显影并除去没有发生聚合反映的树脂胶，多周期的微纳米复合结构；其中光刻机制备的结构的周期为微米级，激光干涉曝光组件设备的结构的周期为纳米级。
在步骤2中，所述掩膜版的图案是条形明暗相间的图案或矩形明暗相间的图案，但不局限于这两种。
以上所述并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置，其特征在于包括：光刻曝光组件和激光干涉曝光组件；
所述光刻曝光组件为光刻机；所述激光干涉曝光组件包括激光器、用于将激光器发射的激光分成两束激光的分光器件、以及用于将两束激光反射至光屏上同一点的反射器件；
所述两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角为则两束激光在光屏上干涉后产生的干涉条纹的周期T为：其，其中λ为激光的波长；调节所述反射器件与两束激光之间的入射角，改变两束激光在反射至光屏上同一点时的夹角改变干涉条纹的周期T。
2.根据权利要求1所述的一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置，其特征在于：所述激光器与分光器件之间设置有快门，所述快门用于调整激光干涉曝光组件的曝光时间。
3.根据权利要求2所述的一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的装置，其特征在于：所述快门与分光器件之间还设有光整形器件；所述光整形器件包括凹透镜、凸透镜和光阑；所述激光器发出的激光经过凹透镜和凸透镜扩束后，再经过光阑整形。
4.一种使用权利要求1-3中任一项所述的装置制备多周期多形貌的微纳米复合结构的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)干净的玻璃衬底上用旋涂的方法制备一层负性紫外树脂胶薄膜，并放置在热台上进行第一次烘烤；
2)将带有树脂胶薄膜的玻璃衬底放置于光刻机的载物台上，并盖好掩膜版，掩膜版上具有微米级分辨率的图案；
3)进行第一次曝光；
4)将第一次曝光之后的带有树脂胶的玻璃衬底放置到激光干涉曝光组件的光屏处，进行二次曝光，干涉条纹的周期为纳米数量级；
5)将两次曝光后的树脂胶玻璃衬底放置热台进行第二次烘烤，而后进行显影并除去没有发生聚合反映的树脂胶，得到了多周期的周期性微纳米复合结构；其中光刻机制备的周期性结构的周期为微米级，激光干涉曝光组件设备的周期性结构的周期为纳米级。
5.如权利要求4所述的一种制备多周期多形貌的微纳米复合结构的方法，其特征在于：所述掩膜版的图案包括但不限于条形明暗相间的图案或矩形明暗相间的图案。
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