CN1424594A - 用激光直写装置制造光栅的方法 - Google Patents

Abstract

用激光直写装置制造光栅的方法，主要用于制造计量长、圆光栅。是用激光直写装置对涂有感光材料的光栅毛坯曝光，制造过程由计算机自动控制完成。其工作步骤为：专用计算机控制系统发出驱动指令给位移驱动器，位移驱动器驱动工作台移动，位移传感器将工作台的位移量大小传输给计算机，与计算机中的刻线位置进行比较，“是”则发出指令给曝光控制器，启动光线扫描头进行曝光，“非”则关闭光线扫描头不曝光。这样连续动作直至完成对扫描范围的曝光。本发明大大简化了制造光栅的硬件工序，提高了工效和可靠性。所制造的光栅质量好，具有栅线边缘清晰、整齐、陡度大、直线性好等优点。

Description

用激光直写装置制造光栅的方法

一.技术领域

本发明是一种制造光栅的方法，主要用于制造计量长、圆光栅。

二.背景技术

通常，制造光栅的装置大多是长、圆刻线机。以光刻法为例制造圆光栅的工序大致如下：

机械刀刻单缝在涂有不透光颜色层的玻璃薄片上，用“刀”刻划出一条透光单缝，单缝宽度取决于圆光栅栅线宽度和单缝制造工艺等因素，一般为5-10μm；

光学光刻扇形将单缝安装在圆刻线机支架(也叫刀桥)的小船上，调整单缝与圆刻线机间的中心距离(即圆光栅栅线半径)和偏心，将涂有感光材料的玻璃基片放置在圆刻线机工作台托盘上(在透光单缝的正下方)，在支架上方(在透光单缝的正上方)放置一个光源曝光装置，转动圆刻线机和启动光源曝光装置后，就能将单缝的像投影到感光基片上，形成一组刻线扇形，360°与扇形角大小之比为整数m；

倍增法光刻圆光栅将单缝换成扇形片，调整距离和偏心，把涂有感光材料的圆光栅毛坯放置在圆刻线机托盘上，启动光源曝光装置和转动圆刻线机，使扇形的一组栅线的像投影到圆光栅毛坯上，圆刻线机旋转360°，曝光m次数后，在圆光栅毛坯上就得到一整圈的光栅线；

显影、去胶、烘干后即为一块完整的圆光栅。

这种传统方法制造的圆、长光栅，栅线质量不理想，即栅线边缘发毛、陡度小、直线性差，这些将会直接影响光栅装置中提取光电信号的质量，对于分度计量是不利的；而且制造工序多、复杂、周期长。

三.发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提出了一种简便、精确度高，并自动控制制造长、圆光栅的方法。

为达到本发明目的，本发明采用的技术方案是：

用激光直写装置取代长、圆刻线机，即用激光直写装置对涂有感光材料的光栅毛坯扫描曝光，该过程由计算机自动控制完成。

本发明中用计算机自动控制激光直写装置制造长、圆光栅的步骤为：

从存储器中读取扫描范围的数据后，传输给位移系统开始移动一个扫描单元，然后测定出位移量大小，并传输给运算器，进行比较判定位移量是否为扫描范围中的曝光位置，如果是则进行曝光，如果不是则不曝光，同时传输给扫描系统，使之又移动一个扫描单元；如此循环，直至完成对扫描范围中所有曝光位置的曝光。

本发明还包括从存储器中读取激光束流参数的步骤，用于输出要求的激光束。

本发明使用的激光直写装置由机座，工作台、光线扫描头及位移驱动器构成的扫描系统，曝光控制器、位移传感器和装有扫描程序的计算机控制系统等组成。因此，由计算机控制制造长、圆光栅的步骤为：

将从存储器中读取的扫描范围数据传输给位移驱动器，带动放置光栅毛坯的工作台移动一个扫描单元，使工件的曝光位置对准光线扫描头。

位移传感器将测定的位移量大小传输给计算机运算器进行比较判定，如果判定为是曝光位置，则曝光控制器启动光线扫描头发射激光对工件毛坯进行曝光，如判定为不是曝光位置，则曝光控制器关闭光线扫描头停止曝光。

从存储器中读取的激光束流参数传输给光线扫描头，以输出符合要求的激光束。

在以上步骤中，读取计算机中存储的激光束流参数，如激光直写装置的激光扫描头发射的光线直径d的大小，是根据光栅栅线宽度b的设计要求而确定的；根据圆光栅栅线直径D的大小(或长光栅长度L和栅线长度H)，确定X、Y轴方向上的扫描范围X_i、Y_i(i＝1，2，……，D)，最大扫描范围为X_D、Y_D(或X_L、Y_H)。根据光栅设计要求，将编写的扫描程序装入计算机中。实际上，计算机控制系统在扫描过程中就是要确定哪些X_i、Y_i值需要曝光，即需刻制的栅线，哪些X_i、Y_i值不必曝光，即不需刻线。

制造光栅时，将涂有感光材料的光栅毛坯安放在激光直写装置的工作台上，该工作台可以沿X、Y方向移动。然后调整光栅毛坯感光层面与光线扫描头轴线Z的垂直度。

启动激光直写装置，计算机控制系统使光线扫描头自动地在X、Y方向上扫描(即移动X-Y工作台)，当光线扫描头到达有刻线处位置时(即X_i＝X_i-1，Y_i＝Y_i-1)就自动曝光，无刻线处(即X_i＝X_i-0，Y_i＝Y_i-0)则不曝光，直至完成确定的X、Y扫描范围，即X_i＝X₀，Y_i＝Y_D(或X_i＝X_L，Y_i＝Y_H)时，系统停止工作。

曝光后的光栅毛坯经显影、去胶、烘干后即可得到按设计所需的长、圆光栅栅线图形的光栅。

本发明与现有技术相比，有如下优点：用长、圆刻线机制造的长、圆光栅栅线是由单缝形成的(单缝宽度较粗，一般为5μm以上)，而用激光直写装置制造光栅的栅线是由光线扫描头多次扫描合成的(由细到粗，最细可达0.7μm)，因此具有栅线边缘清晰、整齐、陟度大、直线性好等优点；并且本发明采用激光直写装置制造光栅的方法，省略了现有技术中“机械刀刻单缝、光学光刻扇形和倍增法光刻长、圆光栅”的复杂工序，而是用激光直写装置光线扫描头连续扫描自动完成的，大大简化了制造光栅的硬件工序，提高了工效和可靠性。

四.附图说明

图1为激光直写装置制造圆光栅的示意图。

图2为扫描程序软件流程图。

图3为用圆刻线机制造圆光栅时的栅线质量图。

图4为本发明制造圆光栅时的栅线质量图。

五.具体实施方式

以下根据附图，以圆光栅为例详述本发明，该实例也适用于制造长光栅或其他形状的光栅。

图1中的计算机[8]是一台专用计算机，其内装有各种专用程序构成计算机控制系统。曝光控制器[4]内光源曝光的开或关由专用计算机控制。光线扫描头[5]的光线直径大小可以调节，最细可达0.7μm，精度为0.1μm。扫描光线的直径大小关系到加工质量和效率。扫描光线太粗会降低光栅栅线边缘质量；扫描光线太细虽然有利于提高线条质量，但增加了制造光栅的时间。所以一般取0.7-1μm为宜。机座[1]上放置圆光栅毛坯[3]的工作台[2]是可沿X、Y方向移动的平台，分别由X、Y方向的位移驱动器[7]带动，两个位移驱动器均设有探测工作台X、Y坐标位置的位移传感器[6]，位移传感器将位移量X_i、Y_i值传输给专用计算机。本发明中的专用计算机(内装扫描程序)、X-Y位移驱动器、X-Y位移传感器、X-Y工作台、曝光控制器和光线扫描头六者形成闭环，按照编好的扫描程序由专用计算机控制动作。

根据图2的流程图，激光直写装置制造圆光栅的步骤为：

读取计算机存储器中的扫描范围参数X_D、Y_D，初始化后，计算机向位移驱动器发出驱动指令，驱动器带动放置圆光栅毛坯的工作台移动，可以往X向或Y向移动一个扫描单元，使工件的曝光位置对准光线扫描头。位移传感器将工作台的位移量X_i、Y_i传输给计算机运算器A，与存储在计算机中的扫描范围X_i、Y_i进行比较判定：

当X_i＝X_i-1、Y_i＝Y_i-1时(刻线位置)，计算机向曝光控制器发出曝光指令，曝光控制器接到指令后，启动曝光开关，光线扫描头发射激光对圆光栅毛坯曝光，曝光结束后，传输指令给计算机运算器B又进行扫描范围是否完成的判定，如果已完成(X_i＝X_D、Y_i＝Y_D)，则停止工作；如果还未完成，传输指令给位移驱动器继续动作。

当X_i＝X_i-0、Y_i＝Y_i-0时(不是刻线位置)，计算机发出停止曝光指令，曝光控制器接到指令后，关闭曝光开关，这时不曝光，并传输指令给位移驱动器又移动一个扫描单元。

这样连续移动X Y工作台，连续传输出X_i、Y_i值给计算机，计算机将接收到的X_i、Y_i值和存储在计算机程序中的X_i、Y_i值不断进行实时比较判定，并连续向曝光控制器发出曝光指令或停止曝光的指令，光线扫描头连续进行曝光或不曝光的动作。如此循环，直至完成对圆光栅的栅线图形制造，即完成扫描程序确定的X、Y方向的扫描范围X_D、Y_D后，停止动作。

经过上述步骤后，在圆光栅毛坯上已潜留有已曝光或未曝光的光栅线。再经显影、去胶、烘干等工序后，就完成了圆光栅全部栅线图形的制造。

用激光直写装置制造的长、圆光栅，栅线质量好。将图3中用圆刻线机制造的圆光栅栅线图形和图4中由本发明制造的圆光栅栅线图形进行比较，图3中a为放大400倍，b为放大630倍时的栅线图形；图4中a为放大400倍，b为放大1650倍时的栅线图形，可以明显看出，本发明制造的圆光栅栅线边缘清晰、整齐、直线性好。

Claims (5)

1.一种制造计量长、圆光栅的方法，其特征是用激光直写装置对涂有感光材料的光栅毛坯曝光，制造过程由计算机自动控制完成。

2.如权利要求1的方法，其特征是计算机自动控制的制造步骤为：

读取扫描范围的数据；

传输给扫描系统使其移动一个扫描单元；

测定位移量大小；

比较判定测出的位移量是否为扫描范围中的曝光位置，进行曝光或不曝光；

扫描系统又移动一个扫描单元，直至完成对扫描范围中所有曝光位置的曝光。

3.如权利要求2的方法，其特征是包括步骤：

从存储器读取扫描范围的数据传输给扫描位移驱动器，带动放置光栅毛坯的工作台移动一个扫描单元，使工件曝光位置对准光线扫描头；

位移传感器测定的位移量大小传输给计算机运算器，进行比较判定；

曝光控制器启动或关闭光线扫描头进行曝光或不曝光。

4.如权利要求1的方法，其特征还包括读取激光束流参数的步骤，用于输出要求的激光束。

5.如权利要求4的方法，其特征是从存储器读取的激光束流参数传输给光线扫描头。

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