微纳加工技术实验指导书.doc

微纳加工技术实验指导书

董连和　　　孙艳军

长春理工大学光电工程学院
二○○八年十月

目　　　录

实验一　刻划刀具制作与研磨………………………………………1
实验二　分划板刻制与检查…………………………………………4
实验三　圆光栅紫外光刻……………………………………………8
实验四　光学度盘检查………………………………………………11
实验五　圆光栅照相复制……………………………………………13
实验六　衍射光栅刻划………………………………………………16
实验七　光学标准尺刻划……………………………………………18
实验八　八台阶二元光学元件微细光刻……………………………20

实验一　刻划刀具制作与研磨

一．实验目的
刻划刀具材料,形状和研磨的质量是决定刻划刀性能的基本因素。通过实际操作，了解刻划刀具的种类、材料、几何参数及用途，掌握专用工装的设计及刀具研磨的技巧。
二.实验原理
以靠模作为依托，刀坯一端与磨具相对运动产生机械磨削，实现所需要的形状和结构尺寸。

三．实验工具及材料：
15J读数显微镜（100X） 一台
XTT实体显微镜（60X） 一台
粗磨油石　（180目）　　 一块
精磨油石（W20）　　　　　 一块
抛光油石（<W5）　　　 一块
玛瑙石 一块
端面靠模　　　　　 一个
多面靠模　　　　　 一个
润滑及研磨剂
四．刻划刀研磨的技术规定
１． 四方刀
其中a=b=0.02mm，刀坯长度30 mm，直径φ2.5 mm，材料T12A

图1　四方刀

２．矩形刀
其中a=0.02 mm、b=3a，刀坯长度30 mm，直径φ2.5 mm，材料T12A

　　　　　 图2　矩形刀
３．梯形刀
其中a=0.02 mm、b=4a，刀坯长度30 mm,直径φ2.5 mm，材料W9Cr4V1

　　　　　 　 图3梯形刀
４．圆锥刀
其中a=0.02 mm，刀坯长度30 mm，直径φ2.5 mm，材料W9Cr4V1
　　　　　 图4　圆锥刀
五．研磨环节：
任选上述四种刻划刀其中之一按以下环节进行研磨。
１．研平刀坯端面
将刀坯由上而下装如端面靠模内，用螺丝固紧，然后分别经粗磨、精磨将端面研平。
２．粗磨成型
将已研平端面的刀坯装入选定的靠模内，调节刀坯伸出长度，使刀坯与靠模构成合适角度，然后用螺丝固紧。此靠模装好以后至刻划刀研磨结束期间不可松动，以免影响刀头几何形状。
选好粗磨油石，加入润滑剂以靠模作为依托，将刀坯一端初步研磨成所需要的角度和形状。研磨的尺寸要留有精磨和抛光的剩余量，即实际规定尺寸+0.015mm左右。
３．精磨
将粗磨合格的刀坯放在精磨油石上，加入由机油与三氧化二铬调制成的研磨剂进行精磨，研制达成刻刀刃宽实际尺寸加抛光余量0.005毫米。
４．研磨端面
将精磨后的刀由上而下装入端面靠模，在玛瑙石上加润滑剂将端面研平，端面的表面粗糙度要达成Ra 0.08。
５．侧面抛光
抛光是在玛瑙石或抛光油石上进行。在抛光过程中，应经常在显微镜下检测刻刀刃宽实际尺寸并观测表面光滑限度，直至达成刀头的结构尺寸和表面粗糙度均符合规定为止。
六．依托靠模研磨的手法
四方刀、矩形刀、梯形刀以靠模为依托，用拇指和中指夹住靠模两侧边，用食指来控制研磨压力的大小。四方刀与矩形刀先磨相对两个侧面，然后再磨此外两个相对侧面；梯形刀先磨两个侧面，后磨大面与小面。并在研磨进程中，要随时在实体或读数显微镜下检测研磨效果。

图5　刀具研磨运营轨迹
七．实验报告规定
1．根据刀坯长度及靠模尺寸，计算出刀头的几何参数
2．描述研磨过程，给出a或b值
实验二　分划板刻制与检查

一．实验目的
进一步了解小型光学刻线机的机械结构及原理，掌握各种类型光学分划板的刻制工艺、以及质量和参数的检测。
二.实验原理
在X-Y直角坐标小型刻划机上，运用X与Y两方向精密位移丝杆产生刻划刀的几何坐标，通过刻划刀对刻划底层的部分刮除，显露出分划板毛坯表面，然后通过真空镀制金属膜及相应工序工艺解决而得到分划。
三．使用仪器、工具及材料
　　　　小型刻线机　　　　　　　　一台
　　　　读数显微镜　　　　　　　　一台
　　　　实体显微镜　　　　　　　　一台
　　　　折反式显微镜 　　　　一台
　　　　阿贝比长仪　　　　　　　　一台
板式电热箱 一台
四．工艺环节
１．玻璃毛坯清洗
用脱脂纱布或脱脂棉蘸醇—醚混合液轻擦玻璃毛坯表面（纱布不可反复使用，以免混入杂质而划伤毛坯表面），将擦洁后的毛坯放入夹具内，即可进行下一环节。
２．涂底层
毛坯加热后用手涂法在毛坯表面涂上一层厚度均匀且无明显疵病的刻划蜡层，蜡层膜厚应根据刻线宽度而定。例如分划板规定线宽为0.02mm，则底层厚应在0.007mm左右。
３．安装刻刀
刻刀安装对的与否，将直接影响刻线的质量及整个刻制工艺的效果。
将刻刀由下而上地装入刀架，如使用圆锥刀或四方刻刀则要使刀杆与毛坯表面垂直，刀头端面与毛坯表面要很好地接触。如采用其它类型的刻刀，则要使刀头大面与毛坯表面构成负前角。
４．调整刻划压力
刻划压力应选择在既能刮净刻划底层，而又不划伤毛坯表面，和不损坏刻刀时为适宜。实验拟定，划伤玻璃毛坯表面的单位面积压力为0.2—0.25g/μm2。
５．列出刻划数据表
将分划板毛坯放置在工作台上并固定，调整工作台纵横位移丝杠，以落刀点为基准用观测显微镜校正分划板毛坯中心与工作台回转中心同轴，然后根据设备已知数据和分划板刻线位置尺寸，计算出落刀、抬刀在刻线机位移丝杆（一方面拟定纵横位移丝杆其中之一为x，另一为y）读数轮上所相应的数值，按照常规从左到右，从下至上的刻线顺序将数值列入表中。（数据表另附）。
６．刻划
假如使用方形、矩形或圆锥形刻刀，则依照所列数据表，先横向后纵向，从左到右，从上至下，刻完所有刻线；
假如使用梯形刻刀，则依照所列数据表，从左到右，从上至下，顺着一个方向刻完所有线；然后工作台旋转90°，再依照上述顺序刻完另一方向刻线。
７．检查
将刻划后的分划板放在读数显微镜下，检查刻线质量、位置尺寸，合格者放入培养皿中待进行下道工序，不合格者则反复上述操作。
８．玻璃腐蚀
把刻线后并做相应保护的分划板浸入混合酸液中（酸液的成分，浓度和玻璃材料的成分有密切关系，不同的玻璃材料，相应不同的混合酸配比），刻线面向上平放，防止气泡留在刻线槽中而导致断线。腐蚀时可摇摆被腐蚀分划板，以使刻线槽中的沉淀物流出线槽，提高腐蚀的效果。腐蚀的时间依玻璃材料的成分、酸液的配比、酸液的温度、以及刻线槽的宽度和深度而定。
腐蚀结束后，分别用自来水和蒸馏水冲净残留酸液。
注意事项：腐蚀在通风条件下进行，并做好相应防护。
９．清洗、检查
用汽油或苯去除刻划蜡层并用乙醇-乙醚混合液擦净分划板表面，然后在测量显微镜下检查、刻线质量及刻线位置尺寸等。
１０．填充着色
根据分划板的用途，在刻线槽内填以不同颜色的填料，以增长刻线的不透明度或对光的吸取。
用棉球将粘合剂涂在刻线槽内，将填料粘于表面并用棉球不断擦涂，擦涂方向与刻线槽成一定角度，直至刻线槽填满。然后擦净多余填料与粘合剂，放入恒温干燥箱中升温约130～160℃（不同填料，烘烤温度不同），恒温30分钟。
五．实验报告规定
１．描述分划板刻制过程
２．列出刻划数据表
３．给出分划刻划误差

分划板图纸

分划板刻划数据表
名称

偏心

纵丝杠中心

时间

水平

横丝杠中心

线别
X
Y

实验三　圆光栅紫外光刻

一．实验目的
了解光刻设备及装置的构成及功能作用，掌握光刻工艺的基本原理及分划元件的光刻制作过程。
二.实验原理
在圆刻划机上，以机械分度与照相感光结合的方式，用紫外曝光装置代替刻划刀，在刻划机分度间歇时段内，单元掩模版与光栅毛坯表面上的光刻胶层接触贴合，光线照射掩模版并将图案转移至光刻胶层上，在光刻胶层中形成分划单元图案的潜像，多个潜像的依次排列构成光栅的所有图案，然后通过相应工艺的解决，获得金属膜计量圆光栅。
三．所用设备、仪器及其它
　　　　圆刻线机　　　　　　一台
　　　　读数显微镜　　　　　一台
　　　　折反式显微镜　　　　一台
　　　　超净工作台　　　　　一台
　　　　恒温干燥箱　　　　　一台
　　　　圆光栅毛坯　　　　　一块
四．圆光栅技术规定
１．在刻划中径Ф140mm圆周上均分21600格，格值为1′；刻线长８mm。
２．最大直径误差应<2″；
３．任意8º刻线范围内断线累计长度应小于 3mm；
４．用80倍显微镜检查刻线质量，其线条边沿应光滑无毛刺等疵病。
五．工艺流程
单线、扇形的制备工艺部分，及机床分度、扇形调整等省略。
１．毛坯镀铬
将毛坯浸泡在重铬酸钾与浓硫酸配制成的酸洗液中，溶除毛坯表面金属氧化物及其它无机化合物、有机油类等。用蒸馏水冲净残留酸液并烘干，再用脱脂棉蘸醇醚混合液擦洁表面。
在镀铬过程中，采用二次冷蒸铬膜的操作方法，规定铬膜均匀、牢固、无针孔。
２．光刻胶涂布
胶层的涂布在光刻工艺中是很关键的一个技术环节。一般胶层厚度经实验拟定为：
L＝线宽×1／3
采用离心涂布法其操作环节如下，
a）将圆光栅毛坯装夹在离心机盘面之上，用千分表调平盘面。
b）开动离心机，使主轴以每分钟8～10转的速度旋转，滴胶管以一定螺旋线轨迹由外而里滴胶，在盘面上形成一足够宽的胶带后，滴胶管自动退出，则主轴立即以每分钟4000转高速旋转至胶膜呈淡黄色为止。
c）取下毛坯盘，检查胶膜是否均匀、有无胶点或尘点。如上述疵病超过允许范围，则应去掉胶膜，再重新进行涂胶。
３．前烘
前烘的目的是为了提高胶膜与铬面的附着力。将涂胶后的毛坯胶面向下装入铝盒内，升温至90℃±5º恒温20分钟后自然冷却至室温。
４．曝光
正型光刻胶所吸取光谱在3500～4500范围内，实验采用功率为125W紫外线高压汞灯作为曝光光源。
将前烘过的圆光栅毛坯置于圆刻机工作台之上，用观测显微镜校毛坯的偏心允差在0.05毫米以内。
５．显影
正型光刻胶的显影，是把已感光的胶膜溶掉，而未感光的胶膜保存的方式而显现出刻划图案。
显影所用的显影剂为浓度(0.4～0.6)％NaOH水溶液。显影方法有浸泡法和旋转喷淋法，实验采用第一种方法，即把曝光后的光栅盘浸入显影液中，同时观测脱胶效果，一般时间在20秒钟左右即可停止显影，用蒸馏水冲净残留显影液后离心甩干或用压缩气体吹干表面。
６．坚膜
坚膜的目的在于除去显影及冲洗过程中残留在胶膜中的水分，改善胶膜与铬面的附着力，避免脱胶等在蚀铬时所不应出现的疵病。
将显影后的光栅盘放在恒温干燥箱中升温至130℃，恒温30分钟后自然冷却至室温。
７．蚀铬
腐蚀就是把没有胶膜保护部分的铬膜腐蚀掉。
把坚膜后的光栅盘浸入以硫酸铈（CeSO4）为重要成分的蚀铬液中，时间约为10分钟左右。同时也可用目视或显微镜透过透明液体观测铬膜的腐蚀情况。
８．去胶
腐蚀后的铬盘放在显微镜下检查，认为腐蚀透彻，线条清楚，没有铬点等缺陷，即可将光栅盘浸入丙酮溶液中溶除掉胶膜。
９．检查
去胶后的铬盘放在显微镜下检查线条质量，用读数显微镜测量线宽及周期。
六．实验报告规定
１．简述圆光栅光刻原理
２．编制出工艺流程并作简要注释

　　　　　　　　　实验四　光学度盘检查

一． 实验目的
通过实际检测，进一步了解用常角法检测度盘直径误差的程序，熟悉误差的计算方法，掌握光学检测仪器的使用性能和操作方法。
二.实验原理
用一个能除尽360°的常角与被检度盘首尾相连地逐次进行比较测量，然后运用圆分度整周间隔误差总和为零的闭合条件，求得常角最或是值，继而求出被检度盘各相应直径间隔误差及直径误差。
三．检测仪器及其它
　　　　　光学度盘检查仪　　　　一台
　　　　　光学度盘　　　　　　　一块
　　　　　电子计算器　　　　　　一个
　　　　　检测计算表（另附）　　一张
四．检测环节
１．调整
a)将被检测度盘装在检查仪回转工作台上，用千分表校其回转一周，盘面的水平允差在0.01mm以内；
b)任意拟定一台读数显微镜作为回转工作台转角基准，并调整度盘偏心允差在0.01～0.02mm左右。
c)以基准显微镜为依据，调整四台读数显微镜两两相对位于被检测度盘同一直径上。读数显微镜中的夹线要与度盘刻线平行，调整好固定角，c=80º，如下图所示。

　　　 显微镜调整方法
２．检测
a)每三人一组，其中一人记录，另二人分别读显微镜Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ、Ⅳ，其中作为基准的显微镜一定要指定为Ⅰ显微镜。
b)通过Ⅰ显微镜实行，按下面的观测纲要进行检测：
0º　　20º　　40º　　60º　　80º　　
100º　　120º　　140º　　160º　　
检测时要进行正、反测两个过程，由于在测量中，固定角C不也许保持绝对不变，它将随时间的延长和外界条件（如温度、振动等）的变化而变化，实行正、反测后，可以消除因角度的变化而带来的影响。此外，实行正、反测后，对同一个位置观测了两次，而取其平均值则可提高检测精度。
在一系列测量中间，不能重新调节显微镜焦距、视差和改变光轴条件。各测量位置要依次进行，不能半途间歇。旋转读数显微镜上读数鼓和微调螺旋时，规律是顺时针方向旋进，如旋进过量则应退后再次作旋进，否则将在测量中加入读数鼓的螺距空回误差。
c)将各读数显微镜的读数值按数据表（另附）的格式填入表中，其中aⅠ、aⅡ、aⅢ、aⅣ分别代表读数显微镜Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的读数。
３．数据解决
按数据表计算顺序将各数值计算出来，最后推求出度盘最大直径误差（其有关计算方法及公式详见讲义）。
五．分析
将本次检测结果与度盘实际标定误差进行对比，看结果是否相同，并分析产生差别的因素。
六．实验报告规定
１．描述光学度盘单常角法检测原理
２．填写观测记录，并作数据解决，推求出度盘最大直径误差并给出误差曲线

实验五、圆光栅照相复制

一、实验目的
增强对光——化学作用原理的结识和理解，熟悉和掌握分划元件的光学照相复制工艺操作条件及过程。
二、实验原理
以掩模版为基准，金属膜上涂有感光胶的光坯表面与掩模版贴合,通过光对掩模版上的分划图案在感光胶层中的传递转移，感光胶未受光照部分发生分解而溶解于显影液形成明暗与掩模版相同的图案，或受光照部分发生交联而不溶解于显影液形成明暗与掩模版相反的图案。然后通过对感光胶层中裸露出的金属膜进行相应的解决后而得到分划的复制元件。
三、实验设备与仪器
　　　　旋转式曝光机　　　一台　　　　　　离心涂胶机　　　　一台
　　　　超净工作台　　　　一台　　　　　　无油气体压缩机　　一台
　　　　恒温干燥箱　　　　一台　　　　　　折反式显微镜　　　一台
　　　　读数显微镜　　　　一台　　　　　　实体显微镜　　　　一台
四、圆光栅技术参数

　　　　刻线外径Φ＝51　刻线内径Φ＝45 ω=6’　　圆周3600线
五、实验环节
1.镀铬玻璃盘清洗与干燥
用脱脂棉蘸乙醇＋乙醚混合液擦拭镀铬面，然后放入恒温干燥箱内升温至
40ºC后，自然冷却待用；
2.涂感光胶
（1）选用Bp－212正性紫外光致抗蚀剂
（2）将镀铬盘及托板装入离心涂胶机旋转台夹具内，启动离心机低速转动（5～8转／分钟），接着使用滴胶吸管在镀铬盘上由外向里布胶，当刻划区充满胶后，立即将离心机的转速换至高速档，使离心机在3500转／分钟状态下运营10秒钟，此时胶膜厚度约为１µm左右，然后关闭离心机并取下镀铬盘；
3.预烘
将涂胶后的镀铬盘放入恒温干燥箱内，干燥箱升温至90ºC后恒温20分钟，自然冷却待用；
4.曝光
使用旋转式曝光机，光源为200W紫外线高压汞灯。在曝光机工作台上，将涂胶后的镀铬盘胶面向下放在已定位的掩模版上，并加适量的压力，使胶面与掩模版较紧密接触。然后打开曝光机的控光快门，使紫外光线透过负版母版上的通光区均匀照射感光胶，20～30秒钟后关闭快门，停止曝光；
5.显影　
采用浸泡法显影。即将曝光后的镀铬盘胶面向上浸入（0.4～0.6）%NaOH显影液中，然后随时观测潜像的显影效果，显影时间在室温20ºC情况下，一般为5～10秒钟（视显影液浓度、温度，胶膜厚度，曝光时间拟定）；
6.漂洗
用蒸馏水或去离子水冲洗盘面，去除净盘面和胶面上残留的显影液，然后再用折反式显微镜检查显影效果；
7.坚膜
将漂洗后的带有胶膜影像的镀铬盘用无油气体压缩机在0.1Mpa排气压力下的气流吹去盘面水珠及水雾，然后放入恒温干燥箱内，升温120～130ºC，恒温30分钟后自然冷却；
8.修版
用修版毛笔蘸沥青＋苯溶液点涂胶膜中的空白点（露铬面点），或胶膜中由于涂胶过程中所引入的杂质点；
9.腐蚀
采用湿法腐蚀。即将修版后的镀铬盘胶面向上浸入硫酸铈腐蚀液中，然后随时观测腐蚀效果。腐蚀时间约为5～10分钟（视腐蚀液浓度，温度及铬膜厚度而定）。腐蚀后用水冲洗，然后在实体显微镜下检查腐蚀质量，若腐蚀不彻底，则需要再次进行腐蚀操作；
10、去胶
将腐蚀后的镀铬盘浸入丙酮溶液中，溶除镀铬盘面的感光胶；
六、实验报告规定
1.简述实验原理
2.画出工艺流程框图
3.列出各重要环节的技术参数

实验六　衍射光栅刻划

一．实验目的
增强对精密长刻线机的分度机构，刻划机构和丝杠螺距误差修正机构等的结构与原理的结识，熟悉操作性能，了解衍射光栅的用途及其制作过程。
二．实验原理
以光学加工后的低膨胀系数和化学性能稳定的光学玻璃作为光栅基底材料，并在基底表面真空蒸镀一层具有一定厚度和光学性能的金属膜。通过金刚石刻划刀对金属膜的挤压或摩擦抛光过程，在金属膜上形成具有一定密度的等间距和等宽度的平行刻槽。
三．使用设备仪器及工具和材料
长刻划机 一台
读数显微镜 一台
实体显微镜 一台
阿贝比长仪 一台
金刚石刻划刀 一把
光栅毛坯（K9玻璃） 一块
四．工艺环节
１．毛坯选择与清洗
一方面将玻璃毛坯浸入20%浓度的NaOH水溶液中约20分钟，取出用自来水冲洗后，再放入25%稀硝酸中浸泡10分钟后，先用自来水后用蒸馏水冲洗，并用离心机甩干。然后用脱脂纱布蘸乙醇—乙醚混合液轻擦表面（纱布不可反复使用，以免混入杂质而划伤毛坯表面），将擦洁后的毛坯放入夹具内，即可进行下一环节。
２．镀铝膜
将通过清洗并干燥后的玻璃毛坯放入真空镀膜机中镀铝膜。为提高毛坯与铝膜的粘结牢固度，先蒸镀一层均匀且无针孔的铬膜，厚度约30nm，然后再镀铝。规定镀铝膜厚度均匀且颗粒细微，铝膜厚度控制在5μm左右。
３．刻刀安装与调试
在安装金刚石刻划刀时，应使刻刀的闪耀面在毛坯分度运动方向。以避免当第一刻槽刻完后，刻第二槽挤压铝层时，而不致损坏第一刻槽的闪耀面。此外，要使刻刀的棱边平行于刻槽方向。刻刀调试采用压痕法进行。
４．刻划机的调整
a)刻线长度调整。将杠杆式千分表固定在刻划机工作台适当位置，使测量杆与刀架运营方向（刻线方向）平行，测量触头与刀架适当位置接触。当刀架作往复运动时，根据表头读数值来调整下滑块上调节螺钉的伸缩，使星型轮上的触杆与调节螺钉碰撞过程中，导致下滑块的滑动行程长短不同，达成调整刻划线长短的目的；
b)分度格值调整。调节曲柄摆杆机构中偏心滑块的偏心量，使棘轮的分度符合光栅常数规定；
c)计数器调整。调节计数器数值为250。
５．栅坯安装
栅坯的长边应平行于刻线机工作台的移动方向。该项调节可用千分表触头接触在尺坯的长边上，然后移动工作台，并根据表头示值的变化反复横向推移尺坯，至千分表达值的变化量在尺坯全长内不超过0.02mm.
６．光栅线纹刻划
调节刻刀切削刃与尺坯表面距离在2—3mm（抬刀状态），移动工作台使刻刀位于刻线的初始位置，轻合开合螺母，检查好机床与电动机传动链，接通电源，刻线机自动工作。当最后一条栅线刻划结束后，机床与电动机的传动链自动断开，刻线机工作停止。
五．实验报告规定
１．绘制刻制衍射光栅的工艺流程图
２．描述刻制衍射光栅全过程

实验七　光学标准尺刻划

　　一．实验目的
增长对长刻线机的机械结构及工作原理的了解，同时掌握机械—物理法制作长分划元件的原理及工艺过程。
二．实验原理
以分度丝杠作为精密定位基准，被刻尺的长边与刻划面平行于进给运动方向（工作台移动方向）。刻划刀具垂直于被刻划表面，当涂有底层的被刻划件随工作台间歇位移时，刻划刀具沿垂直于工作台位移方向作间歇往复运动，在被刻划表面上产生长度截距分划。
三．使用仪器及工具、材料
　　　　　　长刻线机　　　　　　　一台
　　　　　　读数显微镜　　　　　　一台
　　　　　　超净工作台　　　　 一台
提吊式涂胶机 一台
　　　　　　恒温干燥箱　　　　　　一台
　　　　　　阿贝比长仪　　　　　　一台
四．工艺环节
１． 毛坯清洗
将选好的毛坯用脱脂纱布蘸乙醇—乙醚混合液轻擦表面（纱布不可反复使用，以免混入杂质而划伤毛坯表面）。将擦洁后的毛坯放入夹具内，即可进行下一环节。
２． 涂布刻划底层
在尺坯表面涂上一层厚度均匀、无空白、无脏点及其它疵病的刻划底层，其厚约为5～7μm左右。
３． 刻刀安装
将刻刀由下而上地装入刀架，且要使刻刀大面与刻划面在刀架运营方向上成45º～50º负前角，刻刀切削刃与刀架运营方向垂直。
４． 刻线长度调整
将杠杆式千分表固定在工作台适当位置，使测量杆与刀架运营方向平行，测量触头顶在刀架适当部位上。当刀架作往复运动时，根据表头读数来调整星形轮上的顶丝。要反复调试，直至使其刻线长度达成规定为止。
５． 分度格值调整
调整曲柄摆杆机构中偏心滑块的偏心量，并结合试刻，使棘轮的分度符合标准尺的格值规定。
６． 尺坯安装
尺坯的长边应平行于刻线机工作台的移动方向，用千分表触头顶在尺坯长边上，然后移动工作台，并根据表头示值的变化反复横向推移尺坯，直至千分表数值的跳动量在全长上不超过0.02mm。
７． 刻划
校刻刀切削刃端面与尺坯表面距离在2～3mm，调好计数器，移动工作台使刻刀位于尺坯的刻线初始位置，轻合开合螺母与分度丝杠啮合后，即可开始刻线。
８． 镀铬
将刻划有标尺图案的尺坯在真空镀膜机中蒸镀一层铬膜，铬膜厚度约为0.06～0.1μm。
９． 除底层
将镀制铬膜后的尺坯浸入乙醇中溶掉刻划底层，然后用乙醇乙醚混合液清洗干净，得到铬分划标准尺。
１０．检查
在体视显微镜下检查刻线质量；在阿贝比长仪上检测刻线宽度和标尺格值精度。
五．实验报告规定
1．以框图形式设计出刻制光学标准尺的工艺流程图
2．描述光学标准尺刻划工艺过程给出重要环节参数

光学标尺技术规定
实验八　八台阶二元光学元件制作

一．实验目的
在理解光刻中曝光和显影理论模型的基础上，熟悉紫外光刻机的构成原理及操作技术，掌握二元光学元件的制作方法及工艺环节。
二．实验原理
运用光刻技术把掩模图形转印到涂在基片表面的光致抗蚀剂上，在物理或化学气相或湿法蚀刻中将要刻蚀部分剥离，在基片上形成两个或多个台阶深度的浮雕结构。
三．使用设备仪器及工具和材料
URE－2023型紫外光刻机　 一台 折反式显微镜 一台
扫描电子显微镜显微镜　　　一台 离心涂胶机 一台
台阶高度轮廓仪 一台 恒温干燥箱 一台
工件夹具　　　　　　　　　一套 超净工作台 一台
光刻掩膜　　　　　　　　　三个 反映离子蚀刻机 一台
元件基片（硅或玻璃） 　一块 超声波发生器 一台
正型紫外光致抗蚀剂
四．工艺环节
１．基片清洗
（1）硅基片清洗
四氯化碳超声洗涤二次（时间为3～5分钟，以下时间类同）
二甲苯超声洗涤二次
丙酮超声洗涤二次
去离子水冲洗
（2）玻璃基片清洗
25%硝酸浸泡10分钟
去离子水（或蒸馏水）冲洗
将上述解决后的基片用脱脂纱布蘸乙醇—乙醚混合液轻擦表面（纱布不可反复使用，以免混入杂质而划伤毛坯表面）。将擦洁后的基片放入夹具并在恒温干燥箱内升温90℃，自然冷却后即可进行下一环节。
２．涂光致抗蚀剂
将清洗解决后的基片装入离心涂胶机旋转台夹具内，启动离心机恒速转动（３～５转／分钟），接着使用滴胶吸管在基片上由外向里滴布光致抗蚀剂，当基片工作区充满光致抗蚀剂后，立即将离心机的转速换至高速档，使离心机在3000转／分钟状态下运营10秒钟，此时光致抗蚀剂膜厚度约为1µm左右，然后关闭离心机并取下基片，放入恒温干燥箱中升温90℃，恒温20分钟。
３．光刻机操作
接通电源，启动空气压缩机和真空泵，规定：供气压力大于0.4Mpa（表压），真空度高于－0.06Mpa。然后按“汞灯电源”按钮点亮汞灯（汞灯点亮约10～15分钟后才干稳定）；10分钟后按下“控制电源”按钮，控制电源打开，几秒钟后控制面板上复位RESET键显示灯亮，曝光时间显示默认值“0060.0”，表白控制系统工作正常。
４．上片
将涂有光致抗蚀剂的基片放到承片台上，打开small wafer气动开关，反时针旋转曝光间隙调节手轮，使基片低于掩模面；将掩模放到掩模吸盘上，按mask按钮，使掩模版吸附。
５．调平
按LEVELING 按钮（红灯亮），顺时针旋转曝光间隙调节手轮直至基片与掩模紧贴后，再按LEVELING按钮（红灯灭）。
６．曝光时间设定
按下设定键（SET），显示灯亮，同时曝光时间显示的千位数字闪烁，可按 “＋”、“—”键对曝光时间的第一位数调整，调好后，再次按SET键进行下一位数字调整，当调整完最后一位时，再按设定（SET）键，退出时间设定，复位灯亮，可进行曝光操作。曝光过程中，显示窗显示曝光状态的倒计时。曝光时间初步设定为20秒种。
７．对基片第一次曝光

　　８．显影与坚膜
把基片浸入显影液中进行显影，显影液为（0.4～0.6）%NaOH水溶液。显影后用去离子水或蒸馏水漂洗，并用无油气体压缩机在0.1MPa气压下将表面水汽吹干，然后放入恒温干燥箱内，在130℃恒温30分钟状态下坚膜。

９．蚀刻
用干法或湿法对基片表面进行蚀刻，未受光致抗蚀剂保护的基片表面被蚀刻出台阶形状。

１０．第二次曝光及蚀刻
将第一次蚀刻并通过清洗解决后的基片，使用第二块掩模版，采用上述操作过程，即涂胶、曝光、显影与坚膜、蚀刻等工艺过程对基片完毕第二次蚀刻。

１１．第三次曝光与蚀刻
使用第三块掩模版，在基片第二次蚀刻的基础上，仍采用上述涂胶、曝光、显影与坚膜、蚀刻等工艺过程，完毕第三次蚀刻得到八台阶衍射光学元件。

八台阶示意图
注意事项：在进行第二次和第三次曝光时，误差控制的关键是掩模和图案的对准问题。对准台分三部分，下层粗动台、上层掩模台和承件台，移动粗动台可使样片和掩模一起作整体运动，能保证掩模和样片对准标记进入到显微镜的视场内，也可用于增大曝光面积；调节旋转手轮可使承片台相对掩模旋转；调节上层掩模台手轮，可使掩模相对于样片作X、Y对准运动。

五．实验报告规定
1．描述制作原理及工艺过程，并给出重要控制参数
2．设计出第三块掩模版