[發(fā)明專利]一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010131793.6
• 申請(qǐng)日: 2020-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111266934B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李平;段輝高;王兆龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/00
• 分類號(hào): B24B1/00;B24B13/00;B24B49/12;B24B51/00;C23C14/08;C23C14/14;C23C14/30;G02B5/20
• 代理公司: 北京睿博行遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11297
• 代理人: 劉桂榮

本發(fā)明公開(kāi)了一種離子束拋光單片集成Fabry?Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法。該方法首先是準(zhǔn)備一片襯底，開(kāi)展襯底材料的單點(diǎn)駐留拋光試驗(yàn)，對(duì)襯底材料開(kāi)展不同掃描速度條件下的分區(qū)域加工，制成微納米臺(tái)階陣列結(jié)構(gòu)模板；將模板上微納米臺(tái)階陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到光學(xué)固化膠上；依次在光學(xué)固化膠上沉積一定納米厚度的頂層金屬層和電介質(zhì)層薄膜；采用離子束拋光對(duì)多余的電介質(zhì)層薄膜進(jìn)行平坦化加工；再沉積一定納米厚度的底層金屬層制成單片集成Fabry?Pérot腔全彩濾光片；最后，對(duì)批量制造的全彩濾光片的光譜性能進(jìn)行隨機(jī)抽檢測(cè)試。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，而且適用于單片集成Fabry?Pérot腔全彩濾光片的大批量、大面積、高效率、高精度及低成本可控制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納制造領(lǐng)域，尤其涉及一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造新工藝。

背景技術(shù)

近年來(lái)，單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片在掃描成像、光纖傳感、光譜探測(cè)、高分辨率顯示和光學(xué)防偽等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，旺盛的市場(chǎng)消費(fèi)需求對(duì)其目前的大批量生產(chǎn)能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

現(xiàn)階段單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片的制造工藝主要包括鍍膜技術(shù)和光刻技術(shù)。單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片的核心結(jié)構(gòu)為單片集成的階躍式納米臺(tái)階陣列結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的制造基本上是通過(guò)光刻技術(shù)(如紫外光刻、像素化掩膜版光刻、電子束灰度曝光和電子束冰刻等)或套刻工藝(如光刻工藝和離子束刻蝕工藝相結(jié)合)來(lái)完成。例如，專利(申請(qǐng)?zhí)枺?00910207134.X)涉及了一種具有多波長(zhǎng)處理功能的單片集成探測(cè)器陣列的制備方法，經(jīng)過(guò)多次刻蝕工藝和二次外延生長(zhǎng)工藝在GaAs基襯底上實(shí)現(xiàn)了多階梯結(jié)構(gòu)的Fabry-Pérot諧振腔結(jié)構(gòu)。另外，專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01410519408.X)和專利(申請(qǐng)?zhí)枺?01410519354.7)提出了一種高精度多臺(tái)階微透鏡陣列的制作方法。然而，現(xiàn)有單片集成的階躍式納米臺(tái)階陣列結(jié)構(gòu)的制造工藝存在加工面積有限、整體工藝復(fù)雜、掩膜版固化及加工成本過(guò)高等問(wèn)題，難以滿足工業(yè)化領(lǐng)域的大批量生產(chǎn)需求。

目前，離子束拋光加工技術(shù)與納米壓印技術(shù)已各自發(fā)展成為微納制造領(lǐng)域的一種成熟工藝技術(shù)。因此，基于離子束拋光加工的高確定性、高穩(wěn)定性和非接觸等加工特點(diǎn)，同時(shí)借助納米壓印技術(shù)的高分辨率、高產(chǎn)量和低成本等加工優(yōu)勢(shì)，完全有可能發(fā)展一種全新的工業(yè)化制造技術(shù)，從根本上開(kāi)辟單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片生產(chǎn)的廣闊前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：

針對(duì)單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片在大批量制造工藝過(guò)程中存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種適用于單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片的大批量、高效率、高精度及低成本可控制造新工藝，促進(jìn)大面積結(jié)構(gòu)色全彩濾光片器件的工程化應(yīng)用。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，首先是準(zhǔn)備一片高表面精度與高表面質(zhì)量的襯底；然后，開(kāi)展襯底材料的單點(diǎn)駐留拋光試驗(yàn)研究以確定其離子束拋光工藝去除函數(shù)，并采用柵格路徑掃描法對(duì)襯底材料開(kāi)展不同掃描速度條件下的分區(qū)域加工，制成微納米臺(tái)階陣列結(jié)構(gòu)模板；再利用檢測(cè)裝置對(duì)單個(gè)微納米臺(tái)階的高度、面形精度和表面粗糙度進(jìn)行檢測(cè)，并判別檢測(cè)結(jié)果是否符合加工精度要求，若不符合則重新采用離子束拋光工藝對(duì)單個(gè)微納米臺(tái)階進(jìn)行修形加工；若符合，則通過(guò)批量化光學(xué)固化膠注入、剝離與翻轉(zhuǎn)工藝，將模板上微納米臺(tái)階陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到光學(xué)固化膠上；依次在帶有微納米臺(tái)階陣列結(jié)構(gòu)的光學(xué)固化膠上沉積一定納米厚度的頂層金屬層和電介質(zhì)層薄膜；然后采用離子束拋光對(duì)多余的電介質(zhì)層薄膜進(jìn)行平坦化加工；再在離子束平坦化加工后的電介質(zhì)層薄膜上沉積一定納米厚度的底層金屬層，即可形成單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片；最后，對(duì)批量制造的單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片的光譜性能進(jìn)行隨機(jī)抽檢測(cè)試。

具體技術(shù)方案包括以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

(1)襯底準(zhǔn)備