[发明专利]一种三维曲面上微细图形轮廓信息的精密测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测量领域，更具体地，涉及一种三维曲面上微细图形轮廓信息的精密测量方法。

背景技术

在三维曲面上制作微细结构有着十分广泛的用途，如在曲面透镜上制作微光栅结构，可获得混合衍射-折射光学元件；在曲面上制作微透镜阵列，可获得人工复眼结构，增大可视范围；在三维曲面上制作螺旋天线，可实现全向通信导航等。而三维曲面上这些微细结构的相关轮廓，如图形线宽、凹槽深度或膜层厚度等的精密尺寸，对其性能有重大影响，需要精确控制与测量。此外，在曲面上制作这些微结构时，通常需要涂覆一层薄膜(如光刻胶等)作为掩膜层或牺牲层，而薄膜的厚度及其分布决定了相应的加工参数(如曝光剂量)及其分布，这对加工图形的精度也会有较大影响。

目前常用的测量图形轮廓尺寸和膜厚方法，包括椭圆偏振法、探针轮廓扫描法、激光干涉法等，均在平面轮廓尺寸和膜厚测量上较为成熟和精确，但对于大范围曲面上图形轮廓尺寸和膜厚的测量通常无能为力。而对于小范围曲面轮廓尺寸的测量，虽然二次元测试仪、三次元测试仪、超景深显微镜等设备可以进行测量，但其范围有限且精度不高，三次元测试仪适用较于大型三维物体的轮廓测量，且其精度只能达到微米级别，对于更加精细的纳米结构则无能为力，表面探针轮廓仪和原子力显微镜都只适用平面小范围的测量，超景深显微镜对于三维曲面基材的测量范围极其有限且精度不高。总之对于曲面精细结构的精密测量，目前还没有比较好的解决方案。

由此可见，现有技术存在无法精确地测量曲面上微细图形轮廓尺寸、测量范围有限且测量方法复杂的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三维曲面上微细图形轮廓信息的精密测量方法，由此解决现有技术存在无法精确地测量曲面上微细图形轮廓尺寸、测量范围有限且测量方法复杂的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种三维曲面上微细图形轮廓信息的精密测量方法，包括：

(1)在三维曲面表面，涂布柔性材料；

(2)柔性材料固化后，将印有微细图形的柔性材料摊开在平整基底上，柔性材料印有微细图形的一面朝上；

(3)对摊开在平整基底上的柔性材料印有的微细图形进行测量，得到三维曲面上微细图形的轮廓信息。

进一步的，轮廓信息为轮廓尺寸或者膜厚。

进一步的，对于大曲率曲面，仅取其上一小块区域进行测量，因其占比很小，基本趋近于平面，柔性材料摊平后，其形变误差不会对测量结果造成太大影响；若在不同位置进行多次测量，数据组合后，还可获得大范围曲面微细图形轮廓尺寸或膜厚分布。

进一步的，轮廓信息为膜厚时，步骤(1)的具体实现方式为：在三维曲面涂布薄膜之前，在三维曲面表面贴一层无痕胶带，在三维曲面涂布薄膜之后取掉无痕胶带得到一道台阶，然后涂布柔性材料。

进一步的，轮廓信息为轮廓尺寸时，步骤(1)的具体实现方式为：在带有微细结构的三维曲面表面，涂布柔性材料。

进一步的，柔性材料为聚二甲基硅氧烷、聚烯烃弹性体和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的任意一种。

优选的，柔性材料为聚二甲基硅氧烷。

聚二甲基硅氧烷透明性很好，便于观测，稳定性好，成本低，使用简单快捷，有较好的疏水性，与多种材料在室温下就有较好的贴合性。

进一步的，涂布为旋涂、提拉涂布、刷涂和电泳涂布中的任意一种。

进一步的，柔性材料固化的固化温度为25℃-150℃，固化时间为10min-48h。

进一步的，柔性材料固化后厚度高出微细图形的深度或高度的范围为50μm-200μm。

进一步的，基底为硅片、玻璃、铜片和铝片中的任意一种。

进一步的，步骤(3)中的测量为表面探针式轮廓仪测量、原子力显微镜测量和超景深显微镜测量中的任意一种。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明通过将曲面图形轮廓信息转移至柔性材料上，再将柔性材料铺展成平面进行测量，由此，不仅测试结果精确可靠，而且操作相对简单便捷，还可以用于测量大曲率甚至任意自由曲面上的微细图形的轮廓信息。

(2)优选的，本发明测试结果精度高，适用范围广。本发明通过将曲面上微细图形的轮廓信息转移到柔性材料上，继而铺展到平面上进行测量，解决了大曲率、任意自由曲面上微细图形轮廓尺寸、涂层膜厚等无法准确测量的问题，具有重要意义。