[發明專利]一種離子束刻蝕機及其刻蝕方法

有效

• 申請號: 201610510558.3
• 申請日: 2016-07-01
• 公開（公告）號: CN105957790B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 施春燕
• 申請（專利權）人: 蘇州至臻精密光學有限公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01J37/08
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 孫仿衛,吳少峰

技術領域

本發明屬于離子束加工設備領域，具體涉及一種離子束刻蝕機及其刻蝕方法。

背景技術

目前，離子束刻蝕（IBE）技術是20世紀70年代發展起來的一種干法刻蝕工藝，已廣泛應用于微米、亞微米和納米尺度超精細高保真度的圖形轉移、刻蝕槽形等微細加工中。離子束刻蝕利用低能量平行Ar+離子束對基片表面進行轟擊，將基片表面未覆蓋掩膜的部分濺射出，從而達到選擇刻蝕的目的。離子束刻蝕是純物理過程，在各種常規刻蝕方法中具有分辨率高、陡直性最好等優點，并且可以對絕大部分材料進行刻蝕，如金屬、合金、氧化物、化合物、半導體、絕緣體等材料。

隨著強激光系統輸出能量的提高，部分光學元件的尺寸已達0.5m、甚至1m。強激光系統的大尺寸衍射元件在采用光刻產生周期微結構的光刻膠掩膜后，均利用離子束刻蝕將掩膜圖形轉移到基底上。因此，離子束刻蝕是制作大尺寸衍射光學元件的關鍵環節。但隨著刻蝕基片尺寸的增大，對離子源口徑的尺寸要求越來越大，往往采用大口徑的條形離子源來解決大尺寸刻蝕基片的難題，但大口徑的條形離子源制造難度大，成本高，造成離子束刻蝕機設備昂貴。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、有效降低離子源口徑需求的離子束刻蝕機。

另一目的是提供一種采用該離子束刻蝕機進行工件刻蝕的刻蝕方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的一種技術方案是：一種離子束刻蝕機，用于工件的加工刻蝕。所述離子束刻蝕機包括封閉的真空工作腔室、工件安裝平臺、多軸運動系統、離子源、能夠接受人工控制指令的人機互動單元和控制單元，所述工件安裝平臺、多軸運動系統和離子源均安裝在在真空工作腔室內，所述工件安裝平臺用于工件的固定裝夾，所述多軸運動系統包括多個依次連接的直線運動模組，相鄰的直線運動模組之間相互垂直，所述直線運動模組包括直線導軌和能夠在直線導軌上來回直線運動的直線運動元件，所述人機互動單元與控制單元連接，所述控制單元能夠根據人機互動單元反饋的控制指令控制直線運動元件運動，多軸運動系統中的后級直線運動模組與前級直線運動模組的直線運動元件相連并能在前級直線運動元件的帶動下直線運動，所述離子源安裝在多軸運動系統的末級直線運動模組的直線運動元件上，所述離子源能夠形成離子束并在多軸運動系統的帶動下沿多個方向運動掃描進行工件的刻蝕。

一種優選的，所述多軸運動系統為兩軸運動系統，所述兩軸運動系統包括按平面直角坐標系設置的X軸直線運動模組和Y軸直線運動模組，X軸直線運動模組和Y軸直線運動模組相互垂直，所述Y軸直線運動模組與X軸直線運動模組的X軸直線運動元件固定連接，所述離子源固定安裝在Y軸直線運動模組的Y軸直線運動元件上，所述離子源能夠在兩軸運動系統的帶動下在平面內運動對工件掃描刻蝕。

另一種優選的，所述多軸運動系統為三軸運動系統，所述三軸運動系統包括按空間直角坐標系設置的X軸直線運動模組、Y軸直線運動模組和Z軸直線運動模組，X軸直線運動模組、Y軸直線運動模組和Z軸直線運動模組兩兩相互垂直，所述Y軸直線運動模組與X軸直線運動模組的X軸直線運動元件固定連接，所述Z軸直線運動模組與Y軸直線運動模組的Y軸直線運動元件固定連接，所述離子源固定安裝在Z軸直線運動模組的Z軸直線運動元件上，所述離子源能夠在三軸運動系統的帶動下沿X軸、Y軸和Z軸三軸方向運動對工件掃描刻蝕。

具體的，所述離子源為圓形離子源或條形離子源。

具體的，所述離子源為聚焦型圓形離子源，所述離子源的口徑大于等于40mm且小于等于100mm。

一種使用上述的離子束刻蝕機刻蝕工件的刻蝕方法，包括以下步驟：

1）在大氣空氣環境下打開真空工作腔室，將待加工的工件固定裝夾在工件安裝平臺上；

2）關閉真空工作腔室，對真空工作腔室抽真空使真空度達到離子源工作真空度；

3）依據工件的形狀和尺寸在離子束刻蝕機的人機互動單元處輸入規劃的離子束掃描軌跡的控制指令；

4）開啟離子源，所述控制單元執行控制指令，使離子源對工件進行按規劃的掃描軌跡遍歷掃描刻蝕；

5）待掃描結束，關閉離子源，放氣后打開真空工作腔室，從工件安裝平臺上取下刻蝕完成后的工件，刻蝕結束。

本發明的范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的（但不限于）具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案等。