[发明专利]一种离子束抛光单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片大批量制造方法

说明书

本发明公开了一种离子束抛光单片集成Fabry‑Pérot腔全彩滤光片大批量制造方法。该方法首先是准备一片衬底，开展衬底材料的单点驻留抛光试验，对衬底材料开展不同扫描速度条件下的分区域加工，制成微纳米台阶阵列结构模板；将模板上微纳米台阶阵列结构转移到光学固化胶上；依次在光学固化胶上沉积一定纳米厚度的顶层金属层和电介质层薄膜；采用离子束抛光对多余的电介质层薄膜进行平坦化加工；再沉积一定纳米厚度的底层金属层制成单片集成Fabry‑Pérot腔全彩滤光片；最后，对批量制造的全彩滤光片的光谱性能进行随机抽检测试。本发明工艺简单、可操作性强，而且适用于单片集成Fabry‑Pérot腔全彩滤光片的大批量、大面积、高效率、高精度及低成本可控制造。

技术领域

本发明属于微纳制造领域，尤其涉及一种离子束抛光单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片大批量制造新工艺。

背景技术

近年来，单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片在扫描成像、光纤传感、光谱探测、高分辨率显示和光学防伪等领域的应用越来越广泛，旺盛的市场消费需求对其目前的大批量生产能力提出了严峻挑战。

现阶段单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片的制造工艺主要包括镀膜技术和光刻技术。单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片的核心结构为单片集成的阶跃式纳米台阶阵列结构，该结构的制造基本上是通过光刻技术(如紫外光刻、像素化掩膜版光刻、电子束灰度曝光和电子束冰刻等)或套刻工艺(如光刻工艺和离子束刻蚀工艺相结合)来完成。例如，专利(申请号：200910207134.X)涉及了一种具有多波长处理功能的单片集成探测器阵列的制备方法，经过多次刻蚀工艺和二次外延生长工艺在GaAs基衬底上实现了多阶梯结构的Fabry-Pérot谐振腔结构。另外，专利(申请号：201410519408.X)和专利(申请号：201410519354.7)提出了一种高精度多台阶微透镜阵列的制作方法。然而，现有单片集成的阶跃式纳米台阶阵列结构的制造工艺存在加工面积有限、整体工艺复杂、掩膜版固化及加工成本过高等问题，难以满足工业化领域的大批量生产需求。

目前，离子束抛光加工技术与纳米压印技术已各自发展成为微纳制造领域的一种成熟工艺技术。因此，基于离子束抛光加工的高确定性、高稳定性和非接触等加工特点，同时借助纳米压印技术的高分辨率、高产量和低成本等加工优势，完全有可能发展一种全新的工业化制造技术，从根本上开辟单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片生产的广阔前景。

发明内容

本发明的目的是：

针对单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片在大批量制造工艺过程中存在的问题，开发一种适用于单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片的大批量、高效率、高精度及低成本可控制造新工艺，促进大面积结构色全彩滤光片器件的工程化应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种离子束抛光单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片大批量制造方法，首先是准备一片高表面精度与高表面质量的衬底；然后，开展衬底材料的单点驻留抛光试验研究以确定其离子束抛光工艺去除函数，并采用栅格路径扫描法对衬底材料开展不同扫描速度条件下的分区域加工，制成微纳米台阶阵列结构模板；再利用检测装置对单个微纳米台阶的高度、面形精度和表面粗糙度进行检测，并判别检测结果是否符合加工精度要求，若不符合则重新采用离子束抛光工艺对单个微纳米台阶进行修形加工；若符合，则通过批量化光学固化胶注入、剥离与翻转工艺，将模板上微纳米台阶阵列结构转移到光学固化胶上；依次在带有微纳米台阶阵列结构的光学固化胶上沉积一定纳米厚度的顶层金属层和电介质层薄膜；然后采用离子束抛光对多余的电介质层薄膜进行平坦化加工；再在离子束平坦化加工后的电介质层薄膜上沉积一定纳米厚度的底层金属层，即可形成单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片；最后，对批量制造的单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片的光谱性能进行随机抽检测试。

具体技术方案包括以下几个关键点：

(1)衬底准备