專(zhuān)利名稱(chēng)：用能量束在工件表面熔蝕不規(guī)則凹陷形成復(fù)雜輪廓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在工件表面制作由大量規(guī)則凹陷構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面的成形方法，特別是使用能量束在可熔蝕的工件表面上形成顯微結(jié)構(gòu)的輪廓面的方法。
如美國(guó)專(zhuān)利US4,128,752和US4,842,782所公開(kāi)的那樣，用能量束在工件表面上熔蝕制出一種預(yù)期的微觀結(jié)構(gòu)的輪廓面的方法。為了在一個(gè)很寬的工件表面上，做出一種由不規(guī)則凹陷構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面，必須要配合使用一個(gè)形狀復(fù)雜的掩模來(lái)精確地控制能量束，但是這種掩模加工困難并且制作成本非常高。因此，需要一種高效低成本的方法在工件表面上形成復(fù)雜的輪廓面。
本發(fā)明就是為滿足上述需要，提出了一種使用簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)或形狀簡(jiǎn)單的掩模，在可熔蝕的工件表面上形成由不規(guī)則凹陷構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面的方法。這種方法包括如下步驟，根據(jù)預(yù)期的工件表面的特性來(lái)確定復(fù)雜輪廓面，把這種復(fù)雜輪廓面分解成一種以上簡(jiǎn)單的、具有不同特性的規(guī)則波的圖形，然后將能量束照射到工件表面上，連續(xù)地熔蝕形成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的規(guī)則波的圖形并疊加起來(lái)。這樣，就不難實(shí)現(xiàn)以較高的效率和適當(dāng)?shù)某杀镜玫剿A(yù)期的復(fù)雜輪廓面。
最好用一個(gè)正交變換，如付里葉變換，把復(fù)雜輪廓近似分解成規(guī)則的正弦波形。
掩模由一組同心的遮光圓環(huán)構(gòu)成，使能量束通過(guò)掩模和光學(xué)系統(tǒng)后衍射，在工件上成象為一個(gè)周期的規(guī)則波。相對(duì)于掩模和光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)工件就可以連續(xù)地制出一個(gè)周期一個(gè)周期的波，從而形成規(guī)則的波形圖案。另一種在工件表面上連續(xù)形成規(guī)則的波形圖案的方法是使用同樣的掩模但改變光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)，或使用具有不同特性的單個(gè)的掩模。進(jìn)一步講，最好使用由一族遮光單元所構(gòu)成的掩模，而每個(gè)遮光單元都由一組同心的遮光圓環(huán)構(gòu)成。
進(jìn)一步講，為精確地形成正弦波圖形，最好能調(diào)節(jié)能量束的強(qiáng)度，使指向凹陷側(cè)壁的強(qiáng)度比指向其波峰和波谷的強(qiáng)度更大。
更進(jìn)一步講，也可以使用沉積在工件表面的掩模來(lái)成象工件上的其中一個(gè)規(guī)則波的圖形。這種沉積的掩模包括一族遮光單元，每個(gè)遮光單元都由一組對(duì)能量束有不同透過(guò)率的相連的遮光環(huán)組成，圍繞著一個(gè)中心孔同心地排列。將能夠單獨(dú)形成另一種規(guī)則波的圖形的能量束照射到這種掩模上，就可以構(gòu)成復(fù)雜輪廓。這樣，只要將能量來(lái)掃描照射到工件表面上，就可以很容易地形成復(fù)雜的輪廓面。
除了使用掩模之外，還可以使用一種包括一個(gè)特殊透鏡的光學(xué)系統(tǒng)，這種特殊透鏡把能量束分散成一簇落在工件表面上的光束點(diǎn)，每個(gè)光束點(diǎn)的光強(qiáng)度有著規(guī)則的變化。這些光束點(diǎn)均勻的排列便形成了一種規(guī)則波的圖形。調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)以改變放大率，使之在第一種放大率的條件下，在工件表面上形成一種規(guī)則波的圖形，然后再在第二種放大率的條件下，在同一表面上形成另一種規(guī)則波的圖形。這樣，通過(guò)改變放大率，經(jīng)過(guò)兩次或更多次的在工件表面上成象波形圖案，就可得到預(yù)期的復(fù)雜輪廓面。
能量束最好是一種具有適當(dāng)脈沖頻率的激光束。激光束與脈沖頻率同步在工件表面上掃描，就可以在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)得到一個(gè)復(fù)雜的輪廓面。另一種可供選擇的方案是固定光學(xué)系統(tǒng)而移動(dòng)工件，也可以在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)得到一個(gè)復(fù)雜的輪廓面。為了獲得精確的激光熔蝕，最好使用具有短波長(zhǎng)和/或窄脈沖寬度的激光束來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)做進(jìn)一步描述。


圖1為實(shí)施例1所述的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的系統(tǒng)示意圖；圖2A為復(fù)雜輪廓的曲線；圖2B和2C是由附圖2A所示的輪廓線分解出來(lái)的規(guī)則波形的曲線；圖3示意了一種修復(fù)規(guī)則波形的凹陷的方法；圖4為用于上述系統(tǒng)的掩模的平面示意圖；圖5為能量束通過(guò)附圖4所示掩模衍射后的強(qiáng)度曲線；圖6為用于上述系統(tǒng)的另一種掩模的平面示意圖；圖7為通過(guò)掩模在工件表面上成象的平面示意圖8A和8B為在工件表面形成的波形的剖面示意圖；圖9A為用于上述系統(tǒng)的分別成象波形的兩個(gè)不同的掩模的平面示意圖；圖9B為使用附圖9A所示的掩模在工件表面上分別成象的波形剖面圖和最終構(gòu)成的復(fù)雜輪廓線；圖10A為在上述系統(tǒng)中使用的分別成象波形的兩個(gè)不同的掩模的平面示意圖；圖10B為使用附圖10A所示的掩模在工件表面上分別成象的波形剖面圖和最終構(gòu)成的復(fù)雜輪廓線；圖11A與11B分別表示了激光束在工件上沿著一個(gè)方向掃描與沿著相互垂直的兩個(gè)方向掃描以形成復(fù)雜輪廓面的兩種典型的模式；圖12A與12B分別表示了工件沿著一個(gè)方向移動(dòng)與沿著相互垂直的兩個(gè)方向移動(dòng)以形成復(fù)雜輪廓面的兩種典型的模式；圖13是沉積在工件表面上的掩模的平面示意圖，透過(guò)此掩模可形成規(guī)則波的圖形；圖14示意了一種使用附圖13所示的沉積的掩模來(lái)形成復(fù)雜輪廓面的方法；圖15為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例在工件表面內(nèi)形成不平凹陷的復(fù)雜輪廓面的系統(tǒng)示意圖；附圖16A,16B和16C表示了使用本發(fā)明在工件表面形成規(guī)則波形圖案的不同的方法的示意圖。
附圖1示意了實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)。本實(shí)施例是應(yīng)用所述技術(shù)制作一個(gè)光源的光散射板，這是一個(gè)具有顯微構(gòu)造的、摩擦表面的、或任何復(fù)雜三維外形結(jié)構(gòu)的部件。更具體講就是要制作出光散射板或微小的光學(xué)透鏡，它們具有由間距為1～50μm，形狀比為0.6～2.0的不規(guī)則凹陷所構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面，制作出顯微構(gòu)造的零件，它們具有由間距為0.01～50μm，形狀比為0.1～0.5的不規(guī)則凹陷所構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面；制作出用于紅外或可見(jiàn)光傳感器的高效微衍射透鏡，它們具有由間距約為0.5μm，深度為0.5μm的不規(guī)則凹陷所構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面。
本系統(tǒng)示意圖的10為能量束的發(fā)生源，所產(chǎn)生的能量對(duì)工件1進(jìn)行熔蝕加工。這種能量束發(fā)生源10最好能提供短波脈沖，特別是使用具有波長(zhǎng)為248納米，脈沖寬度為30納秒的KrF脈沖激光器。其它的如高峰值CO2氣體激光器和YAG激光器的激光器也適用于工件1。
工件1由可熔蝕材料構(gòu)成，如有機(jī)玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酯、聚苯乙烯、賽路路塑料、聚氯乙烯、液晶聚合物、氮化硅、氧化鋁、氮化硼、金、銅合金、鎢和鋁。預(yù)期制成的復(fù)雜輪廓面可根據(jù)其特性通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬確定，例如附圖2A所示的復(fù)雜輪廓線P包括了許多連續(xù)分布的不規(guī)則凹陷，這一復(fù)雜輪廓線P可以通過(guò)付里葉變換分解成兩個(gè)簡(jiǎn)單的正弦波形W1和W2，如附圖2B和附圖2C所示。這兩個(gè)波形分別具有不同的間距或頻率以及不同的高度或幅度。根據(jù)要求的復(fù)雜程度與精確度，輪廓線P也可以通過(guò)一系列付里葉變換被分解成三個(gè)或更多個(gè)正弦波形。在本實(shí)例中，第一和第二波形W1和W2分別由下列的函數(shù)f(x)和g(x)所描述f(x)=-15+15sin(2πx/30)g(x)=-8+8sin(2πx/24)這樣，復(fù)雜輪廓線就可以表示為函數(shù)h(x)=f(x)+g(x)。
那么，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，在工件1的表面上先后制作規(guī)則的正弦波圖形W1和W2，使二者疊加起來(lái)就形成了工件表面上的復(fù)雜輪廓面。這里的光學(xué)系統(tǒng)包括一對(duì)固定的反光鏡11和12，引導(dǎo)來(lái)自于發(fā)生源10的激光束B(niǎo)通過(guò)一對(duì)圓柱狀的透鏡13和14，從而把初始的矩形激光束(25mm×8mm)整形為正方形激光束(25mm×25mm)。整形后的激光束B(niǎo)通過(guò)衰減器15和掩模20，被掃描反光鏡17反射，再通過(guò)聚焦透鏡18到達(dá)被安裝在工作臺(tái)2上的工件1表面。掩模20也可以置于掃描反光鏡17和聚焦透鏡18之間。
附圖4示意了一個(gè)使用掩模20在工件1表面上形成正弦波圖形的典型實(shí)例。掩模20包含一個(gè)透明石英基片21，在其上沉積一組鍍鉻遮光環(huán)22，這些環(huán)同心地排列成一個(gè)直徑為300μm的圓。圓外的剩余部分也被沉積鉻使之遮光。遮光環(huán)的寬度為2μm，環(huán)間距也為2μm，從而使激光束從各遮光環(huán)之間透過(guò)，激光束透過(guò)掩模20之后衍射生成一個(gè)如附圖5所示的強(qiáng)度衍射圖形，它具有一個(gè)周期的規(guī)則正弦波形。這個(gè)衍射的正弦波形通過(guò)一個(gè)焦距為100μm的聚焦透鏡18以1/10的放大率在工件表面上成象，此時(shí)掃描反光鏡17以一個(gè)適當(dāng)?shù)念l率振蕩，從而把具有衍射圖形的覆蓋寬度約為1mm×1mm的激光束掃描在工件的表面上。這樣，把在最外圈遮光環(huán)所限的區(qū)域內(nèi)強(qiáng)度變化的激光束照射在工件表面上，形成了一個(gè)由附圖7所示光束點(diǎn)S組成的矩陣，然后分別沿相互垂直的方向在工件表面上用激光熔蝕出W1和W2波形中的一種，如附圖8A和8B。在此實(shí)例中，調(diào)節(jié)衰減器15得到能量密度為5.0mJ/mm2，共30個(gè)激光光束點(diǎn)，經(jīng)過(guò)掩模以形成相應(yīng)的波的圖形。
除了使用附圖4所述的掩模，也可以使用如附圖6所示的復(fù)合型掩模30，它是一塊基片，在其上有一族遮光單元20，每個(gè)遮光單元都由一組同心的遮光圓環(huán)構(gòu)成，基片上遮光環(huán)以外的部分全都沉積鉻以便遮光。
在工件的表面上形成了第一個(gè)波形圖案W1后，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)以減小放大率，在第一個(gè)波形圖案W1之上再疊加上第二個(gè)波形W2圖案，這樣就做出了不規(guī)則凹陷上的復(fù)雜輪廓面。對(duì)于更精確復(fù)雜的輪廓面，還需要以不同的放大系數(shù)連續(xù)地多次疊加相同或不同的波形。應(yīng)注意的是在這種組合中，為了做出更精確復(fù)雜的輪廓，先形成的波形比后疊加的波形有更大的幅度。
除了變化放大率之外，也可以使用不同的掩模在同一個(gè)工件表面上形成單獨(dú)的正弦波圖形。例如，要在工件表面形成一個(gè)由三個(gè)波形圖案組合構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面，這三個(gè)波形圖案分別是間距為30μm且深度為9μm的波形W1，間距為12μm且深度為3μm的波形W2和間距為5μm且深度為1.3μm的波形W3。第一個(gè)掩模由一組圓形的遮光單元構(gòu)成，每個(gè)單元的直徑為240μm，相鄰單元間的中心距為300μm，每一個(gè)遮光單元都具有如附圖4所示的構(gòu)造。第二個(gè)掩模由一組類(lèi)似的遮光單元構(gòu)成，單元的直徑為96μm，中心距為120μm。第三個(gè)掩模也由一組類(lèi)似的遮光單元構(gòu)成，單元的直徑為40μm，中心距為50μm。通過(guò)第一個(gè)掩模射向工件表面的是30個(gè)能量密度為5.0mJ/mm2的激光束脈沖，通過(guò)第二個(gè)掩遮罩的是10個(gè)脈沖，通過(guò)第三個(gè)掩遮罩的是4個(gè)脈沖，以上的放大系數(shù)均為1/10。
附圖9A和9B示意了使用兩個(gè)不同的掩模形成類(lèi)似復(fù)雜輪廓面的另一個(gè)實(shí)例，掩模31和32分別由一組直徑不同但排列的中心間距相同的圓形孔34構(gòu)成，第一和第二掩模31和32分別形成了附圖9B所示的不同的波的圖形，其正好位于圖9A中所示的各掩模下面，最終構(gòu)成如附圖9B右邊所示的復(fù)雜輪廓。
附圖10A和10B示意了使用兩個(gè)單個(gè)的掩模31A和32A形成類(lèi)似的復(fù)雜輪廓面的另一個(gè)實(shí)例。掩模31A和32A分別由一組直徑相同但有180°相反相位的圓形孔34A構(gòu)成，掩模31A和32A分別形成了附圖10B所示的正位于圖10A中的各掩模下的不同的波形，最終構(gòu)成如附圖10B右邊所示的復(fù)雜的輪廓線。圓形孔34和34A的直徑要比入射的激光束小很多，從而移動(dòng)激光束可以在工件表面上形成圓形的凹陷。由于通過(guò)圓孔的激光束的量在中心處比邊緣處更多，因此便熔蝕生成一個(gè)剖面為正規(guī)正弦波形的凹陷。在此也可以使用附圖4所示的遮光單元20來(lái)代替單個(gè)的圓形孔34和34A。
為了在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)形成波形并由此構(gòu)成復(fù)雜的輪廓面，激光束可以沿著一個(gè)方向掃描，然后再沿著另一個(gè)垂直的方向掃描，如附圖11A和11B所示。例如，在一個(gè)寬的區(qū)域形成了圖形之后，工件1相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)大約為幾個(gè)波形周期的距離。反之，當(dāng)激光束通過(guò)固定的光學(xué)系統(tǒng)照射到工件1時(shí)，也可以水平移動(dòng)工件1，如附圖12A和12B所示。在此方式中，攜帶工件1的工作臺(tái)2與激光束的脈沖同步移動(dòng)。例如，臺(tái)面的移動(dòng)速度是13mm/min，入射的激光束的脈沖頻率為150Hz。這種移動(dòng)臺(tái)面的方式由于避免了產(chǎn)生光學(xué)系統(tǒng)的畸變而更適合于精確復(fù)制出復(fù)雜的輪廓面。
附圖13示意了一種用于本發(fā)明方法的沉積式掩模40。這種掩模40在被激光束輻射前沉積在工件1的表面上，以便成像其中的一個(gè)規(guī)則波形圖。掩模40由一族遮光單元41組成，每個(gè)遮光單元都由兩個(gè)具有不同透光度的緊密相連的遮光環(huán)43和44構(gòu)成，這兩個(gè)遮光環(huán)圍繞著一個(gè)直徑為30μm的中心孔同心排列。內(nèi)環(huán)43的內(nèi)外徑分別為30μm和70μm，所沉積的是厚度為1000埃的Ag；外環(huán)44的內(nèi)外徑分別為70μm和100μm，所沉積的是厚度為1000埃的Cu；遮光環(huán)以外的區(qū)域45上沉積一層厚度為5000埃的Al。這樣的遮光單元41排列成矩陣構(gòu)成掩模40，遮光單元的圓心距為100μm。上述Ag的內(nèi)環(huán)43，Cu的外環(huán)44和Al的剩余區(qū)域45對(duì)于KrF激光束的透過(guò)率分別是72％,59％和9％。如果把均勻強(qiáng)度的激光束照射到沉積掩模的區(qū)域內(nèi)，就會(huì)在工件1的表面上形成一個(gè)間距為100μm，幅度為3μm的第一種正弦波圖形，如附圖14的左圖所示。實(shí)際所使用的入射光是能夠單獨(dú)形成間距為50μm，幅度為1μm的第二種正弦波圖形的光強(qiáng)變化的光束，將這種光束照射到沉積掩模40上后，就形成了包括第一種波形和第二種波形的復(fù)雜輪廓面，如附圖14的右圖所示。由此可見(jiàn)，使用這種技術(shù)，僅將光強(qiáng)變化的入射光照射到沉積掩模40上，就可一次形成復(fù)雜輪廓面。這種光強(qiáng)變化的入射激光束可以通過(guò)使用掩模，特殊的透鏡或光學(xué)系統(tǒng)的其它機(jī)構(gòu)得到。
附圖15示意了應(yīng)用本發(fā)明方法的另一個(gè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)能產(chǎn)生短脈沖波的能量發(fā)生源100，一對(duì)固定的反光鏡111和112，引導(dǎo)來(lái)自于發(fā)生源100的激光束B(niǎo)通過(guò)一對(duì)衰減器115和116到達(dá)掃描反光鏡117。然后激光束再通過(guò)一對(duì)圓柱形的透鏡113與114，從而把初始的矩形激光束(25mm×8mm)整形為正方形的激光束(25mm×25mm)。整形后的激光束B(niǎo)通過(guò)一個(gè)蠅眼透鏡120照射到固定在臺(tái)面上的工件1的表面上。這個(gè)蠅眼透鏡120由一組25個(gè)微小的凹面透鏡所組成，把正方形截面的入射激光束分成了相應(yīng)的一簇光束點(diǎn)，與使用附圖6的掩模30所得到的附圖7所示的結(jié)果一樣，每一個(gè)光束點(diǎn)的光束強(qiáng)度都有規(guī)則的變化，從而在工件表面上形成了一個(gè)正弦波形。這樣通過(guò)改變光學(xué)系統(tǒng)的放大率就能夠在工件表面上通過(guò)蠅眼透鏡120成象出不同的正弦波形。實(shí)例為通過(guò)衰減器115和116調(diào)節(jié)激光束的能量密度為5.0mJ/mm2，在聚碳酸酯的工件表面上形成了包括以下三種波形的復(fù)雜輪廓面，其一是具有1000μm間距和50μm高度的波形，其二是具有500μm間距和30μm高度的波形，其三是具有250μm間距和5μm高度的波形。第一個(gè)波形是在1/5放大率的條件下，由通過(guò)蠅眼透鏡120的170個(gè)激光束的脈沖照射形成的；第二個(gè)波形是在1/10放大率的條件下，由通過(guò)蠅眼透鏡120的100個(gè)激光束的脈沖在第一個(gè)波形之上照射形成的；最后第三個(gè)波形是在1/20放大率的條件下，由通過(guò)蠅眼透鏡120的17個(gè)激光束的脈沖在復(fù)雜的圖案之上照射形成的，最終形成了所預(yù)期的復(fù)雜輪廓面。操作掃描反光鏡117使激光束掃描，經(jīng)過(guò)蠅眼透鏡120后分別在25mm2，6.25mm2和1.5625mm2的正方形區(qū)域內(nèi)形成第一、第二和第三種波形的圖象。為了在一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi)形成復(fù)雜輪廓面，也可以相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)水平地移動(dòng)安裝工件1的臺(tái)面。
除了使用所述的掩?；蛳壯弁哥R，也可以使用邊在工件表面上移動(dòng)光束點(diǎn)邊改變激光束的強(qiáng)度的方式，直接照射工件表面使之形成一個(gè)正弦波圖形。附圖16A示意了用激光束直接照射形成正弦波形的方法。一個(gè)指定的正弦波的全周期可以被分成從S1到S8的8段，根據(jù)每一段的平均振幅調(diào)節(jié)射在該段的激光束點(diǎn)的強(qiáng)度，就可以使該段熔蝕至不同的深度。這樣，按照簡(jiǎn)單正弦波形改變光強(qiáng)度和移動(dòng)工件，一小段一小段地熔蝕工件表面形成由兩個(gè)或多個(gè)正弦波圖形所構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面。盡管可以很容易地通過(guò)調(diào)節(jié)光束強(qiáng)度來(lái)變化光束點(diǎn)以形成正弦波圖形，但使用附圖4所示的掩模20如圖16B所示一次就形成一個(gè)周期的正弦波，或使用如附圖15所示的蠅眼透鏡120或用圖6的掩模30如圖16所示一次形成兩個(gè)以上周期的正弦波，這兩種方法對(duì)于形成復(fù)雜輪廓面效率更高。
使用激光束熔蝕形成正弦波圖形時(shí)，圖形的凹陷的側(cè)壁不會(huì)精確到與正弦波形完全相符，正象附圖3所示的虛線那樣。這是由于激光照射到側(cè)壁的傾斜面上時(shí)強(qiáng)度會(huì)降低。為了避免這種不希望的效果，可以調(diào)節(jié)照射到側(cè)壁的激光束的強(qiáng)度，使其增強(qiáng)到可以形成更精確的正弦波形。為達(dá)到這個(gè)目的，可以采用將同樣的波形重復(fù)形成兩遍的方法。例如，如果所需的正弦波表示為函數(shù)g(x)，那么可以重復(fù)由函數(shù)f(x)表示的波形就可以近似得到函數(shù)g(x)的波形，函數(shù)g(x)和函數(shù)f(x)分別表示如下g(x)=15sin(2πx/30)f(x)=7.5sin(2πx/30)多次重復(fù)制作同樣的波形則可以更精確地近似得出正弦波的形狀。正弦波f(x)可以通過(guò)使用掩模、蠅眼透鏡或隨光束點(diǎn)的變化控制光束強(qiáng)度的方法得到。另外，一個(gè)單個(gè)的正弦波圖形可以通過(guò)使用兩個(gè)或更多個(gè)掩?；蛳壯弁哥R來(lái)得到，這一方式作為補(bǔ)償增加了直接照射在所形成的凹陷的側(cè)壁上的強(qiáng)度。
請(qǐng)注意，上述特點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)慕M合用于復(fù)制復(fù)雜輪廓。特別值得注意的是，使用本發(fā)明方法還可以制作用于復(fù)制具有顯微結(jié)構(gòu)的制品的母模。在此項(xiàng)應(yīng)用中，首先用眾所周知的工藝(通常指LIGA工藝)制作一個(gè)顯微結(jié)構(gòu)的工件，然后用電成型的方法制出母模。當(dāng)復(fù)雜輪廓的凹陷點(diǎn)變得很微小時(shí)，以至于到了平均間距小于幾個(gè)微米，形狀比等于或大于1.0的程度時(shí)，使用母模來(lái)復(fù)制這種顯微結(jié)構(gòu)就十分困難。對(duì)于這樣的場(chǎng)合，最好能在工件上給出某種波的圖案的基礎(chǔ)，然后在其上疊加其它的波的圖案最終得到所述的復(fù)雜輪廓面。
權(quán)利要求
1．一種在工件表面上形成由大量不規(guī)整凹陷所構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面的方法，其特征在于這種方法的步驟如下確定復(fù)雜輪廓面；把這種復(fù)雜輪廓面分解成一系列簡(jiǎn)單的規(guī)則的具有不同特性的波的圖形；將能量束照射到所述的工件表面上，連續(xù)地熔蝕形成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的規(guī)則波的圖形，這些圖形疊加成最終圖案。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)一個(gè)正交變換把所述的復(fù)雜輪廓面分解為具有正弦性質(zhì)的所述的規(guī)則波的圖形。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于使用一個(gè)由一族同心的遮光環(huán)所構(gòu)成的掩模，使能量束通過(guò)此掩模后在工件表面上衍射生成一個(gè)周期的規(guī)則波的圖形。
4．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于使用單個(gè)能夠在工件上形成一種所述的規(guī)則波的圖形的、沉積在所述工件表面上的掩模，這種掩模包括一族遮光單元，每個(gè)遮光單元都由一組具有不同透光率的、圍繞著中心孔同心地相連排列的遮光環(huán)構(gòu)成，將能夠單獨(dú)形成另一種所述的規(guī)則波的圖形的能量束照射到這種掩模上，就形成了所述的復(fù)雜輪廓面。
5．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于通過(guò)調(diào)節(jié)，使照射到經(jīng)熔蝕形成的凹陷的側(cè)壁的能量束強(qiáng)度比照射到凹陷峰或凹陷谷的強(qiáng)度要大。
6．如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于使用多個(gè)不同的掩模，分步地將所述的能量束照射到工件表面上，每個(gè)所述的掩?？稍诠ぜ砻嫔闲纬刹煌囊?guī)則波的圖形。
7．如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于使用一種包括一個(gè)特殊透鏡的光學(xué)系統(tǒng)，這種特殊透鏡把能量束分散成一簇落在所述工件表面上的光束點(diǎn)，每一個(gè)光束點(diǎn)的強(qiáng)度都規(guī)則的變化，這些光束點(diǎn)均勻地排列形成一種所述的規(guī)則波的圖形。
8．如權(quán)利要求7所述方法，其特征在于調(diào)節(jié)所述的光學(xué)系統(tǒng)以改變其放大率，從而在第一個(gè)放大率的條件下在工件表面形成一個(gè)規(guī)則波的圖形，然后在第二個(gè)放大率的條件下在同一表面上形成另一個(gè)規(guī)則波的圖形。
9．如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于使用一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)和單個(gè)掩模在所述的工件表面上產(chǎn)生一種不同的規(guī)則波的圖形，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的放大率，使在第一個(gè)放大率的條件下在工件表面形成一個(gè)規(guī)則的波的圖形，然后在第二個(gè)放大率的條件下在同一表面上形成另一個(gè)規(guī)則波的圖形。
10．如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述的能量束為一種以所需的脈沖頻率照射到工件表面上的脈沖激光束，這種激光束與脈沖頻率同步在所述工件表面上掃描，從而實(shí)現(xiàn)了在工件表面的一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi)形成所述的復(fù)雜輪廓面。
11．如權(quán)利要求10所述方法，其特征還在于所述的激光束具有短的波長(zhǎng)和窄的脈沖寬度。
12．如權(quán)利要求1所述方法，其特征還在于固定包含能在工件表面形成規(guī)則波的圖形的裝置的光學(xué)系統(tǒng)，相對(duì)于此光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)所述的工件，從而實(shí)現(xiàn)了在工件表面上的一個(gè)很寬的區(qū)域內(nèi)形成所述的復(fù)雜輪廓面。
13．如權(quán)利要求1所述方法，其特征還在于用這種方法制造一種具有由間距為0.01μm~50μm，形狀比為0.1~2.0的不規(guī)則凹陷構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面的制品。
全文摘要
一種使用掩模和光學(xué)系統(tǒng),在可熔蝕的工件表面激光熔蝕形成由不規(guī)則凹陷構(gòu)成的復(fù)雜輪廓面的方法。這種方法包括根據(jù)預(yù)期的工件表面的特性來(lái)確定復(fù)雜輪廓面,把這種復(fù)雜輪廓面分解成一種以上簡(jiǎn)單的、具有不同特性的規(guī)則波的圖形,然后將能量束照射到工件表面上,連續(xù)地熔蝕形成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的規(guī)則波的圖形并疊加起來(lái)。這樣,就不難實(shí)現(xiàn)以較高的效率和適當(dāng)?shù)某杀镜玫剿A(yù)期的復(fù)雜輪廓面。
文檔編號(hào)B23K26/06GK1219450SQ98103059
公開(kāi)日1999年6月16日 申請(qǐng)日期1998年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月25日
發(fā)明者朝日信行, 內(nèi)田雄一, 久保雅男 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社