CN108193171A - 多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法 - Google Patents

多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，对基片表面进行化学腐蚀处理，以形成粗糙的腐蚀处理面，再在腐蚀处理面上镀制黑铬金属膜层，在黑铬金属膜层上镀制消光层即得光隔离结构。本发明利用黑铬金属膜层满足光学透过性能低的要求，同时，利用由四层氧化物光学薄膜组成的消光层降低黑铬金属膜层的剩余反射率，再者，通过设置粗糙的腐蚀处理面，使得黑铬金属膜层具有漫反射特性，在各个方向都具有较低的剩余反射率，并使得黑铬金属膜层与基片结合得更牢固可靠；制得的光隔离结构可有效实现多通道集成滤光片各通道之间的隔离，保障多通道集成滤光片的工作性能，还具有使用寿命长的优点。

Description

多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，具体涉及一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法。
背景技术
在对地遥感和观察卫星上使用的光学成像系统，由于其高可靠性要求和苛刻的体积要求，在光路中常常采用多通道集成滤光片来实现不同波长光的分离。多通道集成滤光片是将若干个通道的窄带滤光片通过特殊的多道工艺依次制备在同一块基片上形成的。通道间的隔离就要使用光隔离结构，以实现对通道间的空白区域涂黑，阻止光线通过空白区，避免引起通道间信号的串扰；同时光隔离结构又要使得入射光线的剩余反射尽可能地小，以免剩余反射的光线经过多次反射后引起信号噪声。这就要求光隔离结构具备两个作用：一、阻止光线通过(在要求波段上透过率低)；二、消光(在要求波段上具有低的剩余反射率)。
现有技术中，通常采用在通道间的空白区域涂上黑漆的方式形成光隔离结构，虽然能满足光隔离结构的基本性能，可以在地表常规环境中使用，但耐恶劣环境的性能差，太空环境强烈的紫外辐射会很快引起其结构变化，使用寿命短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，包括以下步骤：
S1、在基片上设置掩膜层，以使基片上仅有需设置光隔离结构的表面露出；
S2、对基片的露出表面进行化学腐蚀处理，以形成粗糙的腐蚀处理面；
S3、取出基片，清洗干净，并除去掩膜层；
S4、使用机械掩膜夹具夹持清洗干净的基片，以使基片上仅有腐蚀处理面露出；
S5、将机械掩膜夹具和基片一起放入镀膜工件载盘，再装入真空镀膜系统；
S6、在腐蚀处理面上镀制黑铬金属膜层；
S7、在黑铬金属膜层上镀制第一氧化铬膜层；
S8、在第一氧化铬膜层上镀制第一二氧化硅膜层；
S9、在第一二氧化硅膜层上镀制第二氧化铬膜层；
S10、在第二氧化铬膜层上镀制第二二氧化硅膜层即得光隔离结构。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述基片选自玻璃、石英、蓝宝石、硫化锌、硒化锌光学材料中的一种。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述黑铬金属膜层的厚度为200-500纳米，所述第一氧化铬膜层的厚度为45-50纳米，所述第一二氧化硅膜层的厚度为200-220纳米，所述第二氧化铬膜层的厚度为120-140纳米，所述第二二氧化硅膜层的厚度为85-95纳米。
作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S2中使用氢氟酸溶液或氢氟酸蒸汽对基片的露出表面进行化学腐蚀处理。
作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S6至步骤S10中采用精度为1纳米的石英晶体振荡膜层厚度控制仪控制黑铬金属膜层、第一氧化铬膜层、第一二氧化硅膜层、第二氧化铬膜层、第二二氧化硅膜层的厚度。
作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S7至步骤S10中采用氧气离子辅助镀膜工艺辅助镀制第一氧化铬膜层、第一二氧化硅膜层、第二氧化铬膜层、第二二氧化硅膜层。
作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S6的实施温度为室温至100摄氏度，步骤S7至步骤S10的实施温度为150摄氏度至300摄氏度。
作为本发明进一步改进的技术方案，步骤S6的实施真空压强不大于1x10-3Pa，步骤S7至步骤S10的实施真空压强不大于3x10-2Pa。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：
本发明利用黑铬金属膜层满足光学透过性能低的要求，同时，利用由四层氧化物光学薄膜组成的消光层降低黑铬金属膜层的剩余反射率，再者，通过设置粗糙的腐蚀处理面，使得黑铬金属膜层具有漫反射特性，在各个方向都具有较低的剩余反射率，并使得黑铬金属膜层与基片结合得更牢固可靠。
制得的光隔离结构可有效实现多通道集成滤光片各通道之间的隔离，保障多通道集成滤光片的工作性能，还具有使用寿命长的优点。
附图说明
图1是本发明实施方式中光隔离结构的结构示意图；
图2是本发明实施方式中光隔离结构另一个视角的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
以下提供本发明的一种实施方式：
图1至2中的光隔离结构，具体为双通道集成滤光片的光隔离结构，仅仅是示例性说明，不应理解为对本发明的限制。在其它实施方式中，光隔离结构也可以应用于三通道等具有更多通道的集成滤光片上。
请参见图1至2的光隔离结构，包括设置在基片2表面的腐蚀处理面10，所述腐蚀处理面10的分布区域与多通道集成滤光片通道间的空白区域相对应；
黑铬金属膜层11，所述黑铬金属膜层11设置在所述腐蚀处理面10上，以阻止光线通过；
还包括消光层，所述消光层由第一氧化铬膜层12、第一二氧化硅膜层13、第二氧化铬膜层14、第二二氧化硅膜层15组成，所述第一氧化铬膜层12设置在所述黑铬金属膜层11上，所述第一二氧化硅膜层13设置在所述第一氧化铬膜层12上，所述第二氧化铬膜层14设置在所述第一二氧化硅膜层13上，所述第二二氧化硅膜层15设置在所述第二氧化铬膜层14上。
进一步的，所述黑铬金属膜层11的厚度为200-500纳米，所述第一氧化铬膜层12的厚度为45-50纳米，所述第一二氧化硅膜层13的厚度为200-220纳米，所述第二氧化铬膜层14的厚度为120-140纳米，所述第二二氧化硅膜层15的厚度为85-95纳米。
一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，包括以下步骤：
S1、在基片2上设置掩膜层，以使基片2上仅有需设置光隔离结构1的表面露出；
S2、对基片2的露出表面进行化学腐蚀处理，以形成粗糙的腐蚀处理面10；
S3、取出基片2，清洗干净，并除去掩膜层；
S4、使用机械掩膜夹具夹持清洗干净的基片2，以使基片2上仅有腐蚀处理面10露出；
S5、将机械掩膜夹具和基片2一起放入镀膜工件载盘，再装入真空镀膜系统；
S6、在腐蚀处理面10上镀制黑铬金属膜层11；
S7、在黑铬金属膜层11上镀制第一氧化铬膜层12；
S8、在第一氧化铬膜层12上镀制第一二氧化硅膜层13；
S9、在第一二氧化硅膜层13上镀制第二氧化铬膜层14；
S10、在第二氧化铬膜层14上镀制第二二氧化硅膜层15即得光隔离结构1。
进一步的，所述基片2选自玻璃、石英、蓝宝石、硫化锌、硒化锌光学材料中的一种。
进一步的，所述黑铬金属膜层11的厚度为200-500纳米，所述第一氧化铬膜层12的厚度为45-50纳米，所述第一二氧化硅膜层13的厚度为200-220纳米，所述第二氧化铬膜层14的厚度为120-140纳米，所述第二二氧化硅膜层15的厚度为85-95纳米。
进一步的，步骤S2中使用氢氟酸溶液或氢氟酸蒸汽对基片2的露出表面进行化学腐蚀处理。
进一步的，步骤S6至步骤S10中采用精度为1纳米的石英晶体振荡膜层厚度控制仪控制黑铬金属膜层11、第一氧化铬膜层12、第一二氧化硅膜层13、第二氧化铬膜层14、第二二氧化硅膜层15的厚度。
进一步的，步骤S7至步骤S10中采用氧气离子辅助镀膜工艺辅助镀制第一氧化铬膜层12、第一二氧化硅膜层13、第二氧化铬膜层14、第二二氧化硅膜层15。采用氧气离子辅助镀膜工艺辅助消光层的沉积，可以使得消光层结构的机械性能更加牢固可靠，在恶劣环境中的寿命更长。
进一步的，步骤S6的实施温度为室温至100摄氏度，步骤S7至步骤S10的实施温度为150摄氏度至300摄氏度。
进一步的，步骤S6的实施真空压强不大于1x10-3Pa，步骤S7至步骤S10的实施真空压强不大于3x10-2Pa。
实施例1
S1、准备基片2和聚酰亚胺薄膜胶带(掩膜层)，将聚酰亚胺薄膜胶带贴在基片2上，聚酰亚胺薄膜胶带上开口区域对应需设置光隔离结构1的区域，准备进行化学腐蚀处理；
S2、使用浓度为10-40％(体积比)的氢氟酸溶液，对基片2的露出表面进行化学腐蚀处理，持续时间5-30分钟，以形成腐蚀处理面10；
S3、取出基片2，放入清水中清洗，然后吹干，揭下聚酰亚胺薄膜胶带，将化学腐蚀过的基片2送入超声波清洗机清洗干净；
S4、使用机械掩膜夹具夹持清洗干净的基片2，以使基片2上仅有腐蚀处理面10露出，所述机械掩膜夹具材料选自不锈钢、铝、铜或铁等容易加工的金属中的一种，其形状根据基片2形状，以及通道形状、位置进行设计和加工；其开口区域对应光隔离结构1在基片2上的区域；
S5、将机械掩膜夹具和基片2一起放入镀膜工件载盘，再装入真空镀膜系统；
S6、通过光学高真空蒸镀工艺，开始镀膜时真空压强不大于1x10-3Pa，实施温度为室温至100℃；用石英晶体振荡膜层厚度控制仪，镀制一层200纳米厚的黑铬金属膜层11；
S7、通过光学高真空蒸镀工艺，镀膜时真空压强不大于3x10-2Pa，实施温度为150℃至300℃，用石英晶体振荡膜层厚度控制仪控制厚度，镀制一层50纳米厚的第一氧化铬膜层12；
S8、通过光学高真空蒸镀工艺，镀膜时真空压强不大于3x10-2Pa，实施温度为150℃至300℃，用石英晶体振荡膜层厚度控制仪控制厚度，镀制一层200nm厚的第一二氧化硅膜层13；
S9、通过光学高真空蒸镀工艺，镀膜时真空压强不大于3x10-2Pa，实施温度为150℃至300℃，用石英晶体振荡膜层厚度控制仪控制厚度，镀制一层130纳米厚的第二氧化铬膜层14；
S10、通过光学高真空蒸镀工艺，镀膜时真空压强不大于3x10-2Pa，实施温度为150℃至300℃，用石英晶体振荡膜层厚度控制仪控制厚度，镀制一层90纳米厚的第二二氧化硅膜层15。
将步骤S10镀膜得到的成品取出，清洗、烘干。
实施例2
使用浓度为40％(体积比)的氢氟酸溶液，在40-50度下加温产生氢氟酸蒸汽，使用合适的容器让氢氟酸蒸汽挥发到基片2表面，对基片2的露出表面进行化学腐蚀处理，持续时间30-60分钟，以形成腐蚀处理面10，步骤S6中黑铬金属膜层11的厚度为300纳米，步骤S7中第一氧化铬膜层12厚度为45纳米，步骤S8中第一二氧化硅膜层13厚度为210纳米，步骤S9中第二氧化铬膜层14厚度为120纳米，步骤S10中第二二氧化硅膜层15厚度为85纳米。其余内容与实施例1相同。
实施例3
步骤S6中黑铬金属膜层11的厚度为500纳米，步骤S7中第一氧化铬膜层12厚度为50纳米，步骤S8中第一二氧化硅膜层13厚度为220纳米，步骤S9中第二氧化铬膜层14厚度为140纳米，步骤S10中第二二氧化硅膜层15厚度为95纳米。其余内容与实施例1相同。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：
本发明利用黑铬金属膜层11满足光学透过性能低的要求，同时，利用由四层氧化物光学薄膜组成的消光层降低黑铬金属膜层11的剩余反射率，再者，通过设置腐蚀处理面10，使得黑铬金属膜层11具有漫反射特性，在各个方向都具有较低的剩余反射率，并使得黑铬金属膜层11与基片2结合得更牢固可靠。
制得的光隔离结构可有效实现多通道集成滤光片各通道之间的隔离，保障多通道集成滤光片的工作性能，还具有使用寿命长的优点。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在基片上设置掩膜层，以使基片上仅有需设置光隔离结构的表面露出；
S2、对基片的露出表面进行化学腐蚀处理，以形成粗糙的腐蚀处理面；
S3、取出基片，清洗干净，并除去掩膜层；
S4、使用机械掩膜夹具夹持清洗干净的基片，以使基片上仅有腐蚀处理面露出；
S5、将机械掩膜夹具和基片一起放入镀膜工件载盘，再装入真空镀膜系统；
S6、在腐蚀处理面上镀制黑铬金属膜层；
S7、在黑铬金属膜层上镀制第一氧化铬膜层；
S8、在第一氧化铬膜层上镀制第一二氧化硅膜层；
S9、在第一二氧化硅膜层上镀制第二氧化铬膜层；
S10、在第二氧化铬膜层上镀制第二二氧化硅膜层即得光隔离结构。
2.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，所述基片选自玻璃、石英、蓝宝石、硫化锌、硒化锌光学材料中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，所述黑铬金属膜层的厚度为200-500纳米，所述第一氧化铬膜层的厚度为45-50纳米，所述第一二氧化硅膜层的厚度为200-220纳米，所述第二氧化铬膜层的厚度为120-140纳米，所述第二二氧化硅膜层的厚度为85-95纳米。
4.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，步骤S2中使用氢氟酸溶液或氢氟酸蒸汽对基片的露出表面进行化学腐蚀处理。
5.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，步骤S6至步骤S10中采用精度为1纳米的石英晶体振荡膜层厚度控制仪控制黑铬金属膜层、第一氧化铬膜层、第一二氧化硅膜层、第二氧化铬膜层、第二二氧化硅膜层的厚度。
6.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，步骤S7至步骤S10中采用氧气离子辅助镀膜工艺辅助镀制第一氧化铬膜层、第一二氧化硅膜层、第二氧化铬膜层、第二二氧化硅膜层。
7.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，步骤S6的实施温度为室温至100摄氏度，步骤S7至步骤S10的实施温度为150摄氏度至300摄氏度。
8.根据权利要求1所述的一种多通道集成滤光片光隔离结构的制造方法，其特征在于，步骤S6的实施真空压强不大于1x10-3Pa，步骤S7至步骤S10的实施真空压强不大于3x10- 2Pa。
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