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(一) 光學顯微儀之量測

光學顯微鏡用來做微透鏡加工表面細微結構的觀察,放大倍率 可以到達數百倍至數千倍,所量到的圖形等同於透鏡的俯視圖,對 於透鏡表面的粗糙度以及整體結構一目了然,並且可對製程作最初 步的檢驗,如下列所示各圖皆為各元件之顯微鏡放大圖。

圖 4-1 、直角錐陣列放大 200 倍圖

圖 4-2、直角錂鏡放大 200 倍圖

圖 4-3、微透鏡陣列放大 200 倍圖

圖 4-4、圓弧柱鏡放大 200 倍圖

圖 4-5、微透鏡陣列放大 450 倍圖

圖 4-6、圓柱狀鏡放大 450 倍圖

(二)薄膜測厚儀(α-stepper )

薄膜測厚儀是利用細小的探針與待測面接觸,利用驅動器使探 針滑過表面將其上之高高低低的位移,透過線性位移轉換器變成電 訊送至電腦以計算各種數值,故可用來做微光學元件之加工深度的 測量,所量到的圖形等同於元件之剖面圖,並而瞭解到加工參數與 蝕刻深度的關係,而且對於工件的壁垂直度以及深寬比的關係獲得 確切的掌握。唯一美中不足的是,薄膜測厚儀是以探針和微光學元 件表面互相接觸,難免會有刮傷。而探針的針尖直徑約為 1~2μm,

如果待測物的線寬太細,則會造成失真。

1.微直角錐陣列(寬度為 100μm、深度為 50μm):

圖 4-7、微直角錐陣列剖面圖

如圖(4-7)為微直角錐陣列剖面圖,上圖為微直角錐陣列局部 放大剖面圖,下圖為原尺寸剖面圖,其線條非常平順。此微直角錐 陣列的加工過程是由直角三角形的光罩所加工的 ,由於我們設計之 微直角錐陣列寬度為 100μm、深度為 50μm,故由上圖可知其已經 接近我們所要的直角錐,再由下圖可知在其接近直角錐的地方有些 不平整,反而造成接近直角錐的地方不直角,故此為造成誤差的所 在。而其所控制之雷射光束照射能量為 0.188mJ,雷射光束脈衝頻 率為 20Hz,與工件拖拉速度為 1.2mm/min,而其工件拖拉速度與加 工深度之關係為:

V

× 1 K

= H

H:加工深度 V:工件拖拉速度 K:加工係數 其工件拖拉速度與加工深度之關係如下表所示:

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 工 件 拖 拉 速 度 ( m m / m i n ) 加 工 深 度

(μm )

表 4-1、微直角錐陣列工件拖拉速度與加工深度之關係表 經過計算其加工係數(K)值為,K=1017.6383μm2/sec。

2.微透鏡陣列(寬度為 215μm、曲率半徑為 250μm):

圖 4-8、微透鏡陣列剖面圖(一)

而圖(4-8)為微透鏡陣列局部放大剖面圖,上圖為微透鏡陣列局部 放大剖面圖,下圖為原尺寸剖面圖,其線條也非常平順。此微透鏡 陣列的加工過程是由圓弧形的光罩所加工而成,而此我們所設計之 微透鏡寬度為 215μm、曲率半徑為 250μm、加工所需之深度為 25 μm,故由上圖可知其所能控制之參數已經接近我們所要的,其所控 制之雷射光束照射能量為 0.140mJ,雷射光束脈衝頻率為 20 Hz,與 工件拖拉速度為 1.6mm/min,而經過如微直角錐陣列之計算其加工 係數(K)值,K=683.7633μm2/sec,其工件拖拉速度與加工深度之 關如下表所示:

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

工件拖拉速度(mm/min)

加工深度

(μm)

表 4-2、微透鏡陣列工件拖拉速度與加工深度之關係表 3. 微透鏡陣列(寬度為 43μm、曲率半徑為 50μm):

圖 4-9、微透鏡陣列剖面圖(二)

圖(4-9)為另一組微透鏡陣列局部放大剖面圖,其線條也非常平順。

也由於我們設計之微透鏡寬度為 43μm、曲率半徑為 50μm、加工所 需之深度為 5μm,故其所控制之雷射光束照射能量為 0.033mJ,雷 射光束脈衝頻率為 20 Hz,與工件拖拉速度為 2.0mm/min,而經過計

算其加工係數(K)值,K=192.2733μm2/sec,其工件拖拉速度與加 工深度之關如下表所示:

0 2 46 8 1012 1416 18 2022 24

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5

工件拖拉速度(mm/min)

加工深度

(um)

表 4-3、微透鏡陣列工件拖拉速度與加工深度之關係表 4.微透鏡陣列(寬度為 50μm、曲率半徑為 25μm):

圖 4-10、微透鏡陣列剖面圖(三)

而圖(4-10)為微透鏡陣列局部放大剖面圖,上圖為微透鏡陣列局 部放大剖面圖,下圖為原尺寸剖面圖,其線條也非常平順。此微透 鏡陣列的加工過程是由半圓形的光罩所加工的,欲用來與圓弧形光 罩之加工的微透鏡作光點圖比較,而我們設計之微透鏡寬度為 50μ m、曲率半徑為 25μm、加工所需之深度為 25μm,故由上圖可知其 所能控制之參數已經接近我們所要的,其所控制之雷射光束照射能 量為 0.295mJ,雷射光束脈衝頻率為 20 Hz,與工件拖拉速度為 0.7 mm/min,而經過計算其加工係數(K)值,K=401.0483μm2/sec,其 工件拖拉速度與加工深度之關如下表所示:

0 5 10 15 20 25 30 35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

工件拖拉速度(mm/min)

加工深度(

μm)

表 4-4、微透鏡陣列工件拖拉速度與加工深度之關係表

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