CN104176943A - 一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法 - Google Patents

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谢常青
付杰
朱效立
李海亮
刘明
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Abstract

本发明公开了一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法，该方法首先在石英片表面蒸发一金属掩蔽层，然后采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，得到表面粗糙的石英片，实现石英片表面刻蚀粗糙度的增加。本发明提供的增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法，实验的操作和控制简单、方便，成本低，有效地增加了石英片表面刻蚀粗糙度。

Description

一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法
技术领域
本发明涉及微细加工工艺技术领域，更具体的说，涉及一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法。
背景技术
石英玻璃片，通常由石英玻璃切割磨制而成，其二氧化硅含量可达99.99％以上。硬度为莫式七级，具有耐高温、热膨胀系数低、耐热震性和电绝缘性能良好等特点。通常为无色透明类，可见光透过率85％以上。石英玻璃从大的制作范围上可以分为熔融石英玻璃和合成石英玻璃两大类。耐热性、透光性、电气绝缘性、化学稳定性都非常地优良。此外石英玻璃片的光学性能也有其独到之处，它既可以透过远紫外线，是所有透紫外材料最优者，又可透过可见光可近红外光谱。由于石英玻璃耐高温，热膨胀系数极小，化学稳定性好，气泡、条纹、均匀性、双折射又可与一般光学玻璃媲美，所以它是在各种恶劣场合下工作具有高稳定度光学系数的必不可少的光学材料。
石英玻璃片的形成是由于其熔体高温黏度很高引起的结果。用于制作半导体、电光源器、半导通信装置、激光器，光学仪器，实验室仪器、电学设备、医疗设备和耐高温耐腐蚀的化学仪器、化工、电子、冶金、建材以及国防等工业，应用十分广泛。
表面粗糙的石英片可用于光学系统中，可以有效的降低干涉成像系统中光场的相干性，有效的抑制相干噪声。其次表面粗糙的石英玻璃可以提高附着薄膜的保持性，提高与其他部件结合面的气密性，以及隔热性等。
现阶段通过采用有机械喷砂、手工研磨、以及使用氢氟酸溶液等方法可以增加石英片表面的粗糙度。机械喷砂的原理是喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料(铜矿砂、石英砂、金刚砂、铁砂、海砂)高速喷射到被需处理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形状发生变化，由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，使工件的表面获的一定的清洁度和不同的粗糙度，但是在光学系统中由于石英片较薄、易碎所以并不适合采用该方法。手工打磨可以通过砂纸按照一个方向打磨的方法来增加表面粗糙度但缺点是速度太慢。化学溶剂腐蚀表面则是通过氢氟酸腐蚀氧化硅的方法来增加表面粗糙度但是腐蚀后的石英表面过于光滑不利于涂层粘接。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的是提出一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法，以解决制作工艺的复杂性、成本以及表面的刻蚀度不够等问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法，该方法首先在石英片表面蒸发一金属掩蔽层，然后采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，得到表面粗糙的石英片，实现石英片表面刻蚀粗糙度的增加。
上述方案中，所述在石英片表面蒸发一金属掩蔽层是通过电子束蒸发设备实现的。
上述方案中，所述金属掩蔽层是铬、镍、铝、白金、金或钨。
上述方案中，所述金属掩蔽层的厚度为1-10纳米。所述金属掩蔽层在石英片表面并没有成为膜状，而是以金属碎末的形式随机散乱分布在石英片表面。
上述方案中，所述采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，由于反应离子刻蚀机对不同材料的刻蚀速率不同，所以有金属掩蔽层部分和没有金属掩蔽层部分的刻蚀速率是不同的，最后导致不同位置的石英的刻蚀深度不同，得到表面粗糙的石英片。
上述方案中，所述采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)气体或者氩气(Ar)与三氟甲烷(CHF3)的混合气体。其中，采用氩气(Ar)与三氟甲烷(CHF3)的混合气体对石英片表面进行刻蚀，其刻蚀条件为：Ar的刻蚀流量为40～60毫升每分(SCCM)，CHF3的刻蚀流量为100-150毫升每分(SCCM)，反应功率为200W-400W，起辉功率为500W-1000W，刻蚀速率v＝50nm/min。采用三氟甲烷(CHF3)气体对石英片表面进行刻蚀，其刻蚀条件为：CHF3的刻蚀流量为20-80毫升每分(SCCM)，反应功率为50W-100W，起辉功率为1000W，刻蚀速率v＝372nm/min。
(三)有益效果
与传统的制作技术相比，上述技术方案具有以下优点：
(1)在刻蚀石英片前，只需蒸发一层薄薄的金属掩蔽层，使其不成膜即可，操作和控制简单方便。
(2)本发明提供的增加石英片表面刻蚀度的方法，采用等离子体刻蚀机的氩气和三氟甲烷进行刻蚀，通过刻蚀二氧化硅和薄金属掩蔽层的速度不同而达到增加石英片表面的刻蚀度，操作简单方便，时间短，成本低。
附图说明
图1为本发明提供的石英片蒸发金属掩蔽层后表面金属不成膜的示意图；
图2为本发明提供的增加石英片表面刻蚀粗糙度的三维示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法，该方法首先在石英片表面蒸发一金属掩蔽层，然后采用反应离子蚀刻机(RIE)对石英片表面进行刻蚀，得到表面粗糙的石英片，实现石英片表面刻蚀粗糙度的增加。
其中，所述在石英片表面蒸发一金属掩蔽层是通过电子束蒸发设备实现的。所述金属掩蔽层是铬、镍、铝、白金、金或钨。所述金属掩蔽层的厚度为1-10纳米，由于1-10nm的金属掩蔽层的厚度太小，使得石英衬底表面的金属掩蔽层并不成膜状，而是分散成大小不同的块状金属层随机散乱的分布于石英衬底的表面。
所述采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，由于反应离子刻蚀机对不同材料的刻蚀速率不同，某些被金属掩蔽层覆盖的位置在刻蚀时会刻蚀的相对缓慢，而剩下裸露出来的并没有被金属掩蔽层覆盖的部分则会刻蚀的相对快一些，所以有金属掩蔽层部分和没有金属掩蔽层部分的刻蚀速率是不同的，最后导致不同位置的石英的刻蚀深度不同，得到表面粗糙的石英片。
所述采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)气体或者氩气(Ar)与三氟甲烷(CHF3)的混合气体。其中：
条件1：采用氩气(Ar)与三氟甲烷(CHF3)的混合气体对石英片表面进行刻蚀，其刻蚀条件为：Ar的刻蚀流量为40～60毫升每分(SCCM)，CHF3的刻蚀流量为100-150毫升每分(SCCM)，反应功率为200W-400W，起辉功率为500W-1000W，刻蚀速率v＝50nm/min；
条件2：采用三氟甲烷(CHF3)气体对石英片表面进行刻蚀，其刻蚀条件为：CHF3的刻蚀流量为20-80毫升每分(SCCM)，反应功率为50W-100W，起辉功率为1000W，刻蚀速率v＝372nm/min。
经过实验对比证实条件1为最佳的刻蚀条件，刻蚀厚度为500nm～1μm。
制作表面粗糙的石英片的制作工艺流程为：在石英衬底上蒸发1-10nm金属掩蔽层做为刻蚀的掩蔽层，蒸发后石英片表面的金属掩蔽层结构如图1所示；然后通过等离子体刻蚀机的氩气和三氟甲烷刻蚀石英片，刻蚀的示意图如图2所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种增加石英片表面刻蚀粗糙度的方法，其特征在于，该方法首先在石英片表面蒸发一金属掩蔽层，然后采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，得到表面粗糙的石英片，实现石英片表面刻蚀粗糙度的增加。
2.如权利要求1所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，所述在石英片表面蒸发一金属掩蔽层是通过电子束蒸发设备实现的。
3.如权利要求1所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，所述金属掩蔽层是铬、镍、铝、白金、金或钨。
4.如权利要求1所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，所述金属掩蔽层的厚度为1-10纳米。
5.如权利要求4所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，所述金属掩蔽层在石英片表面并没有成为膜状，而是以金属碎末的形式随机散乱分布在石英片表面。
6.如权利要求1所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，所述采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，由于反应离子刻蚀机对不同材料的刻蚀速率不同，所以有金属掩蔽层部分和没有金属掩蔽层部分的刻蚀速率是不同的，最后导致不同位置的石英的刻蚀深度不同，得到表面粗糙的石英片。
7.如权利要求1所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，所述采用反应离子蚀刻机对石英片表面进行刻蚀，刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)气体或者氩气(Ar)与三氟甲烷(CHF3)的混合气体。
8.如权利要求7所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，采用氩气(Ar)与三氟甲烷(CHF3)的混合气体对石英片表面进行刻蚀，其刻蚀条件为：
Ar的刻蚀流量为40～60毫升每分(SCCM)，CHF3的刻蚀流量为100-150毫升每分(SCCM)，反应功率为200W-400W，起辉功率为500W-1000W，刻蚀速率v＝50nm/min。
9.如权利要求7所述的增加石英片表面粗糙度的方法，其特征在于，采用三氟甲烷(CHF3)气体对石英片表面进行刻蚀，其刻蚀条件为：
CHF3的刻蚀流量为20-80毫升每分(SCCM)，反应功率为50W-100W，起辉功率为1000W，刻蚀速率v＝372nm/min。
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