[发明专利]一种制作云纹光栅的方法和纳米压印设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作云纹光栅的方法和纳米压印设备，属于光学器件制造、光测力学领域。

背景技术

转移或直接刻蚀在被测物体表面的光栅作为物体表面变形信息的载体，在光测力学领域中是几何云纹法、云纹干涉法和电镜云纹法中进行物体表面变形测量的基本元件。

机械刻划是制作光栅最传统的方法，该方法利用刻纹机在光栅材料表面刻划出一条一条的沟槽，对刻纹机的机械精度提出了很高的要求。刻纹机设备笨重，制作光栅不仅费时、制作成本高，而且所得到的光栅频率比较低，质量也不尽如人意。(马宏.精密刻划工艺，兵器工业，北京，1994)

全息光刻法是继机械刻划法后发展起来的一种光栅制作方法，它的出现是光栅制作技术领域中的一个里程碑，将光栅制作技术向前推进了一大步。全息光刻法的不足之处是所需光学元件较多，光路复杂，因而对非专业人员而言，实施起来不但相当困难，而且效率仍然很低。(石玲，戴福隆.试件栅刻蚀技术研究.实验力学，1996(01)：18-23.)

近年来，电子显微镜用来制作高频率的云纹光栅，它是利用电子束、聚焦离子束等在材料表面刻蚀刻划出一条一条的沟槽，方法类似于机械刻划机。其缺点是制作的云纹光栅效率低，面积小。(谢惠民，戴福隆，岸本哲，张维.电子束刻蚀法制作微米/亚微米云纹光栅技术，光学技术，2000，26(6)：526-528)

热压印技术是新兴的微加工技术，他利用电子抗蚀剂热粘弹性力学特性将模板上的微纳米尺寸的图案转移到基地材料上，这种技术具有可重复性、省事、制造成本低、高产量等的优点。但是，纳米压印常用的是脆性的硅模板，容易在压印的过程中受损，甚至断裂，造成严重的经济损失，电铸和覆膜工艺为柔性的金属光栅模版提供了新的思路(刘仁志，实用电铸技术，北京：化学工业出版社，2006.曹华，袁松，覆膜技术与实践，北京：印刷工业出版社，2000)；已有的纳米压印设备笨重、成本高昂、对中找平程序复杂，极大地限制了这一技术的推广应用。为了解决这些问题，发展和推广应用纳米压印技术制作云纹光栅，研究高韧性的、耐用的金属模板，同时设计开发简单实用的纳米压印设备成为光测实验的紧迫需求。(熊瑛，刘刚，田杨超.纳米压印技术制作纳米光栅，微细加工技术，2008(4)：25-30；Schift，H.，Nanoimprint lithography：An old story in modern times？A review.Journal of VacuumScience & Technology B，2008，26(2)：458-480.)

发明内容

本发明的目的是提供一种制作云纹光栅的方法和纳米压印设备，可制作出单向光栅、正交光栅和应变花光栅，制作的云纹光栅效率高，面积大。该方法采用电铸和覆膜工艺制作镍基金属光栅模板，避免了硅基等脆性模板易裂的缺点，可以多次重复使用；在压印时，覆膜的3M双面胶膜可以增强电铸镍光栅和被压试件表面的接触，有效的消除试件表面的不平整度对纳米压印过程的影响；纳米压印设备结构紧凑、制作成本低、自动化程度高，非专业人员也可以使用。

本发明的技术方案如下：

一种制作云纹光栅的方法和纳米压印设备，其特征在于：

将带有光栅微结构的导电母板作为阴极，镍金属作为阳极，在氨基硫酸镍溶液中电铸，得到0.5mm～1mm厚的镍光栅膜；

通过双面胶膜将电铸得到的镍光栅膜粘接到基板上，得到镍基金属光栅模板；所述的基板为平整的普通玻璃或者石英玻璃，所述的双面胶膜为3M双面胶膜；

将试件表面抛光，清洗、烘干后，在试件表面上旋涂电子抗蚀剂，烘干定胶后，将镍基金属光栅模板覆盖在试件表面上；

采用纳米压印设备进行压印：将覆盖有镍基金属光栅模板的试件放入设备中，通过温控设备升温，达到电子抗蚀剂的转变温度T_g以上后施加1～4MPa压力，然后将温度降低至室温后卸压，将镍基金属光栅模板与试件分离，然后在试件表面的电子抗蚀剂上镀一层10～50nm厚的反光金属铝膜，就得到云纹光栅。