專利名稱：厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作多級微反射鏡的方法
技術領域：
本發明涉及ー種光反射器件的制作方法，特別涉及一種厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作多級微反射鏡的方法。
背景技術：
隨著光學系統向體積小、結構緊湊方向發展,光學系統中的器件微型化成為光學器件設計與制作的ー個重要研究課題。而微型光學器件設計與制作的水平直接決定光學儀器的性能。具有多個臺階的多級微反射鏡是ー種光的反射器件，在光學系統中有著越來越廣泛的應用，如光譜分析、光束整形和光纖耦合等。 目前，通過ニ元光學技術可以在石英等多種材料襯底上經過多次光刻和多次(干法或濕法)腐蝕，制備多階梯微反射鏡的結構。但是現有技術中的這種多級微反射鏡的制作方法存在以下缺點1、因多次套刻，水平精度難以保證；2、腐蝕或刻蝕深度難以精確控制，精度和重復性較差；3、階梯垂直間距調節范圍小；4、腐蝕或刻蝕出的反射鏡表面粗糙度難以滿足光學儀器要求。
發明內容
本發明要解決現有技術中制作的多級微反射鏡所存在的精度低、階梯垂直間距調節范圍小、表面粗糙，難以滿足光學儀器要求的技術問題，提供一種階梯高度、表面粗糙度、水平精度、面形等可以精確控制的，厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作多級微反射鏡的方法。為了解決上述技術問題，本發明的多級微反射鏡的制作方法具體如下一種厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作多級微反射鏡的方法，包括以下步驟步驟I :利用沉積膜層的方法在多個基片上形成具有相同標記圖案的膜層臺階，相鄰基片上的所述膜層臺階的高度等差遞增；步驟2 :利用沉積膜層的方法在基底上形成多個并列設置的條狀膜層結構；該條狀膜層結構與基片上的標記圖案互補，所述基片上的膜層臺階可以插接在任意一個條狀膜層結構上；步驟3 :按照膜層臺階從低到高的次序，將所述基片并列的插接在所述基底上；多個所述基片的與膜層臺階相対的一面形成臺階結構；步驟4:在每個臺階的靠近高一級臺階的ー側，分別光刻并沉積膜層，形成高度和寬度均為臺階一半的次級臺階；步驟5 :判斷臺階級數是否符合所述多級反射鏡的級數要求，如果否則轉到步驟4，如果是則轉到步驟6;步驟6 :在臺階結構的表面沉積增反射膜和保護膜。
在上述技術方案中，所述步驟3中，在將所述基片插接在所述基底上以后，還包括在所述基底與所述基片之間的高度精密調整及空隙填充固化劑的步驟。在上述技術方案中，在步驟I之前，還包括對基片進行處理的步驟，具體為將基片的左側面和右側面進行研磨并拋光，均使其表面粗糙度達到0. Inm Iy m，左側面平行于右側面。在上述技術方案中，所述步驟I中，在多個基片上形成膜層臺階時，同一個高度的膜層臺階的基片同時制作兩片，以使調整時保證操作臺平穩。在上述技術方案中，形成膜層臺階或者條狀膜層結構時，所采用的薄膜或厚膜材料為硅、ニ氧化硅、鋁、金、銅、氮化硅、鑰、鈦或鎳。上述所指的薄膜厚度為小于I Pm，厚膜厚度為大于等于I P m。在上述技術方案中，形成膜層臺階或者條狀膜層結構時，薄膜或厚膜材料采用磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射、直流濺射、電子束蒸發、熱蒸發和電鑄方法中的任意ー種。 在上述技術方案中，所述基片的材料為娃片、玻璃、石央、招片、欽片或銅片。在上述技術方案中，所述基底的材料為玻璃、硅、陶瓷、石英或鋁。在上述技術方案中，所述增反射膜采用磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射、直流濺射、電子束蒸發或熱蒸發方法沉積。在上述技術方案中，所述保護膜層材料采用MgF2、Al2O3或Si02。本發明由于采用厚膜倒裝調整的方法制作多級微反射鏡，每個臺階的高度能夠實時監測，保證高度的精確控制，并且每個臺階的反射面是經同一批次研磨拋光而成，不但表面面形和粗糙度都能一致，而且能夠達到設計的指標要求，有效地提高了階梯表面粗糙度的控制精度、縱向尺寸精度，エ藝可控性強，微反射鏡表面粗糙度低、平面度高。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進ー步詳細說明。圖la、Ib分別為原始基片的主視圖和俯視圖。圖2a、2b分別為帶結構基片的主視圖和俯視圖。圖3a、3b、3c分別為基底和帶結構基底的主視圖及帶結構基底的俯視圖。圖4為微調架裝置結構示意圖。圖5是3個臺階的多級微反射鏡的結構圖。圖6是在3個臺階面上定位生長膜層臺階的示意圖。圖中的附圖標記表示為11-基片的上表面；12_基片的下表面；13_基片的左側面；14_基片的右側面；15-基片的后側面；16_基片的前側面；21-膜層臺階；31_基底；32_條狀膜層結構；41_微調架；42_承片臺；43_顯微鏡；51-帶結構基片的上表面；61_掩膜版圖形；62_膜層臺階。
具體實施例方式本發明的多級微反射鏡的制作方法的發明思想為一種厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作多級微反射鏡的方法，包括以下步驟步驟I :利用沉積膜層的方法在多個基片上形成具有相同標記圖案的膜層臺階，相鄰基片上的所述膜層臺階的高度等差遞增。具體的說，先把多個基片進行清洗和打磨處理，使得矩形基片的至少ー對邊相互平行，并且表面粗糙度達到0. Inm Iy m。然后在多個經過清洗和打磨處理的基片上，利用沉積膜層的方法，分別形成高度不同的膜層臺階，相鄰的基片上的膜層臺階依次遞增，遞增的高度相同。步驟2 :利用沉積膜層的方法在基底上形成多個并列設置的條狀膜層結構；該條狀膜層結構與基片上的標記圖案互補，所述基片上的膜層臺階可以插接在任意一個條狀膜層結構上。在本步驟中，基底上形成的多個條狀膜層結構完全相同，并且并列接連。每個基片的膜層臺階都可以插接在任意一個條狀膜層結構上。
步驟3 :按照所述基片上的膜層臺階的高度的不同，按照從低到高的次序，將所述基片并列的插接在所述基底上。多個所述基片的與膜層臺階相対的一面形成臺階結構，換句話說，以成形有膜層臺階的一面為基片的下表面，則基片的上表面形成了臺階結構。步驟4:在每個臺階的靠近高一級臺階的ー側，分別光刻并沉積膜層，形成高度和寬度均為臺階一半的次級臺階。也就是說，在每一級臺階上分別形成ー個高度和寬度都為現有臺階一半的次級臺階，直接導致臺階的級數翻倍。步驟5 :判斷臺階級數是否符合所述多級反射鏡的級數要求，如果否則轉到步驟4，如果是則轉到步驟6。步驟6 :在臺階結構的表面沉積增反射膜和保護膜，形成多級微反射鏡。 下面結合附圖對本發明做以詳細說明。本發明的厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作總臺階面數為160，臺階高度為lOOnm，寬度為Imm的多級微反射鏡的方法具體步驟如下步驟(一)、采用硅片、玻璃、石英、鋁片、鈦片或銅片作為原始基片，并對其進行清洗處理，其清洗處理的步驟為I)以甲苯、丙酮、こ醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；2)用去離子水超聲清洗，無水こ醇脫水后烘干。步驟(ニ)、將10片相同的原始基片雙面拋光，即對基片的上表面11和基片的下表面12進行拋光處理。然后再對各基片的左側面13和基片的右側面14進行研磨并拋光，均使其表面粗糙度達到0. Inm I y m,基片的左側面13平行于基片的右側面14，并且各基片的厚度均為H，寬度為32mm，如圖la、Ib所示(本發明對于基片的前側面16與基片的后側面15之間的平行度沒有特別高的要求)。然后，對各基片進行清洗處理，其清洗處理的步驟為I)以甲苯、丙酮、こ醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；2)用去離子水超聲清洗，無水こ醇脫水后烘干。步驟(三)、在第一個和第六個原始基片上表面涂覆光刻膠，用條形狀明暗條紋等間距光刻版曝光，并顯影、堅膜，形成條形狀掩膜圖形，然后通過磁控濺射或射頻濺射或離子束濺射或直流濺射或電子束蒸發或熱蒸發或電鑄等方法將硅或ニ氧化硅或鋁或金或銅或氮化硅或鑰或鈦或鎳或其它鍍膜材料沉積或電鑄于原始基片表面，用去膠劑去除光刻膠，得到如圖2a和圖2b所示條形狀的膜層臺階21，其厚度為16 ym。重復以上步驟，得到與第一個和第六個原始基片上的膜層臺階21標記圖案相同的其他原始基片上的膜層臺階，其中第二個和第七個原始基片的膜層臺階厚度為12. m，第三個和第八個原始基片的膜層臺階厚度為9.6 ym，以此類推，第四個和第九個原始基片的膜層臺階厚度為6. 4 pm，第五個和第十個原始基片的膜層臺階的厚度為3. 2 y m。從而得到10個帶結構基片，其中第一到第五個帶結構基片在后續步驟中用于制作ー個多級微反射鏡，而第六到第十個帶結構基片用于在后續步驟中調整時保證操作臺平穩。步驟(四)、取ー塊高平面度的拋光平板作為基底，如圖3a所示，基底31的材料可以是玻璃或硅或陶瓷或石英或鋁或其他金屬。在其表面上涂覆光刻膠，掩膜、曝光、顯影，形成等間距膠線條，然后沉積ー層厚度小于3. 2 y m的膜層材料，剝離光刻膠，得到如圖3b所示的條狀膜層結構32。該條狀膜層結構32上與膜層臺階21的標記圖案互補，從而使得步驟(三)中制作的帶結構基片可以插裝在基底31的條狀膜層結構32上。步驟(五)、如圖4所示，將基底31正面朝下，用微調架41的螺絲擰緊固定，再將第一個帶結構基片上表面11朝上，置于承片臺42上，調節承片臺的左右(X方向)，前后(Y方向)及角旋轉手輪，并通過微調架41上方的顯微鏡43觀察，使基底與帶結構基片的標記圖案對準。為了保證基底與帶結構基片接觸不發生偏斜，將第六個帶結構基片放在托盤的合適位置上。對準后，將承片臺42沿著Z軸方向上升，使基底與帶結構基片壓緊后，用固化劑填充帶結構基片與基底間的空隙，用此方法依次將第二個，第三個，……，第五個帶結構的基片定位在基底的特定位置上，使各帶結構基片的右側面與相鄰帶結構基片的左側面緊密接觸，即第一片帶結構基片的右側面與第二片帶結構基片的左側面面接觸，第二片基片的右側面與第三片帶結構基片的左側面面接觸，……;如圖5所示，疊放后的5個帶結構基片的上表面51就形成了多級微反射鏡結構。其中，圖5僅僅示出了 3個帶結構基片所形成的3個臺階。步驟(六)、在有5個臺階結構的帶結構基片的上表面涂覆光刻膠，然后以圖6所示的掩膜版圖形61對5個臺階結構上表面51進行光刻。經過掩膜，曝光，顯影等步驟后，通過磁控濺射方法將硅鍍膜材料沉積于臺階表面，用去膠劑去除光刻膠，在5個臺階結構上表面51上分別形成ー個條形狀的膜層臺階62。于是，5個臺階結構上表面51和5個條形狀的膜層臺階62，共同形成了一個每級臺階的寬度和厚度相同的，設有10級臺階的臺階結構，姆級臺階的寬度為16mm,厚度為1.6iim。類似的，依照在5個臺階結構上表面51上形成5個條形狀的膜層臺階62的方法，得到的寬度為8mm，厚度為0. 8 ii m的20個臺階結構；寬度為4mm，厚度為0. 4 y m的40個臺階結構。直到最后制作完成的多級微反射鏡的臺階高度為IOOnm,寬度為Imm的160個臺階結構。步驟(七)、在多級臺階結構上表面沉積增反射膜和保護膜。在多級臺階結構上表面沉積增反射膜是通過磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射、直流濺射、電子束蒸發或熱蒸發方法，沉積于步驟(六)得到的多級微反射鏡結構的上表面。所述增反射膜的材料采用金膜 或鋁膜或對其它波段有反射作用的膜層材料。之后在增反射膜上沉積保護膜，以防止膜層材料氧化。所述保護膜的材料采用MgF2、Al2O3或Si02。至此，完成160級多級微反射鏡制作。本發明中，形成膜層臺階或者條狀膜層結構時，所采用的薄膜或厚膜材料是指，厚度為小于I U m的薄膜或厚度為大于等于I U m的厚膜。在其他的具體實施方式
中，所述的步驟(三)、(四)和(六)中，薄膜或厚膜材料可以采用硅，也可以采用ニ氧化硅或鋁或金或銅或氮化硅或鑰或鈦或鎳或其它可蒸鍍材料。薄膜或厚膜材料除了可以采用磁控濺射的方法，還可以采用射頻濺射或離子束濺射或直流濺射或電子束蒸發或熱蒸發或電鑄等方法，沉積于各原始基片上表面。基片材料除了可以選用硅片外，還可以選用玻璃、石英、鋁片、鈦片或銅片或其他金屬。基底材料除了可以選用玻璃，還可以選用硅或石英或陶瓷或鋁或其他金屬。固化劑除了可以采用紅外固化膠外，還可以采用紫外固化膠。同樣的，去膠溶液除了可采用硫酸和硝酸混合溶液外，還可以采用丙酮與こ醚混合溶液。其他的具體實施方式
中，具體的沉積膜層的方法在此不再贅述。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或 變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。
權利要求
1.一種厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作多級微反射鏡的方法，其特征在干，包括以下步驟 步驟I:利用沉積膜層的方法在多個基片上形成具有相同標記圖案的膜層臺階，相鄰基片上的所述膜層臺階的高度等差遞增； 步驟2 :利用沉積膜層的方法在基底上形成多個并列設置的條狀膜層結構；該條狀膜層結構與基片上的標記圖案互補，所述基片上的膜層臺階可以插接在任意一個條狀膜層結構上； 步驟3 :按照所述基片上的膜層臺階的高度的不同，按照從低到高的次序，將所述基片并列的插接在所述基底上；多個所述基片的與膜層臺階相対的一面形成臺階結構； 步驟4:在每個臺階的靠近高一級臺階的ー側，分別光刻并沉積膜層，形成高度和寬度均為臺階一半的次級臺階； 步驟5 :判斷臺階級數是否符合所述多級反射鏡的級數要求，如果否則轉到步驟4，如果是則轉到步驟6 ； 步驟6 :在臺階結構的表面沉積增反射膜和保護膜。
2.根據權利要求I所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在于，所述步驟3中，在將所述基片插接在所述基底上以后，還包括在所述基底與所述基片之間的高度精密調整及空隙填充固化劑的步驟。
3.根據權利要求I所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在于，在步驟I之前，還包括對基片進行處理的步驟，具體為將基片的左側面和右側面進行研磨并拋光，均使其表面粗糙度達到0. Inm I m，左側面平行于右側面。
4.根據權利要求I所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在干， 所述步驟I中，在多個基片上形成膜層臺階時，同一個高度的膜層臺階的基片同時制作兩片，以使調整時保證操作臺平穩。
5.根據權利要求1-4任一所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在干， 形成膜層臺階或者條狀膜層結構時，所采用的薄膜或厚膜材料為硅、ニ氧化硅、鋁、金、銅、氮化娃、鑰、鈦或鎳。
6.根據權利要求1-4任一所述的制作多級微反射鏡的方法,其特征在于， 形成膜層臺階或者條狀膜層結構時，薄膜或厚膜材料采用磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射、直流濺射、電子束蒸發、熱蒸發和電鑄方法中的任意ー種。
7.根據權利要求1-4任一所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在于，所述基片的材料為娃片、玻璃、石央、招片、欽片或銅片。
8.根據權利要求1-4任一所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在于，所述基底的材料為玻璃、硅、陶瓷、石英或鋁。
9.根據權利要求1-4任一所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在于，所述增反射膜采用磁控濺射、射頻濺射、離子束濺射、直流濺射、電子束蒸發或熱蒸發方法沉積。
10.根據權利要求1-4任一所述的制作多級微反射鏡的方法，其特征在于，所述保護膜層材料采用MgF2、Al2O3或SiO2。
全文摘要
本發明涉及一種厚膜倒裝調整與定位生長多層膜混合制作多級微反射鏡的方法，包括制作2M個原始基片并對其進行清洗處理；在原始基片上光刻出所需掩膜圖形，然后沉積薄膜材料，剝離光刻膠，形成膜層結構；在基底上光刻出掩蔽圖形；分別將M個倒置的帶結構基片定位在基底特定位置上，并固定在一起，形成M個臺階結構；再在此結構面上光刻出掩膜膠圖形，沉積薄膜，剝離光刻膠，形成膜層結構；在多級微反射鏡上表面沉積增反射膜層。本發明有效提高了階梯表面粗糙度的控制精度，橫縱向尺寸精度高，工藝重復性好，可控性強，不用化學腐蝕，減少污染，是制作較多臺階數目的多級微反射鏡的有效方法。
文檔編號G02B1/10GK102789016SQ20121025571
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者梁中翥, 梁靜秋, 鄭瑩 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所