CN116001256A - 用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，解决了在传统的二元光学元件刻蚀加工过程中图形转印、套刻所面临的复杂而繁琐的加工工艺问题。传统的二元光学元件制作方法中，普遍采用多掩模版套刻、激光直写或者灰阶掩模版图形转印等方法进行元件表面轮廓的加工，其制作成本高、与掩模版相关的工艺复杂且耗时。本发明提供的采用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，可以根据异型电极的台阶式浮雕结构直接对元件表面上的刻蚀速率分布进行调控，无需掩模版的使用，灵活度高，能够快速高效地对二元光学元件进行加工制作。
Description
技术领域
本发明属于二元光学元件制造领域，具体涉及一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法。
背景技术
在二元光学元件的制作方法上，普遍采用由二元掩模版经多次图形转印、套刻，形成台阶式浮雕表面；或者利用直写法通过改变曝光强度直接在器件表面形成连续浮雕轮廓；亦或者采用透射率分布为多层次的灰阶掩模版经图形转印形成所需的连续或台阶表面结构。其中，直写法的制造成本较高，而灰阶掩模版所涉及的掩模版制造工艺极为严苛和讲究。此外，工艺流程较为复杂而繁琐的图形转印、套刻的二元光学元件加工方法既不灵活高效，也不便于实施。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：采用异型电极来实现对二元光学元件进行无掩模刻蚀加工，实现低成本、高效灵活地对二元光学元件进行制作，本发明提供一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，包括以下步骤：
步骤1：将异型电极1放置于下电极板2的表面，并与下电极板2同轴心放置；
步骤2：将表面承载有样片3的工装4放置于下电极板2的表面，并与下电极板2同轴心放置；
步骤3：对工装4上的样片3进行等离子体刻蚀，刻蚀结束后取出样片3，实现对二元光学元件5的无掩模刻蚀加工。
进一步地，步骤1中所述异型电极1的底部为平面，顶部为台阶式浮雕表面，各台阶的高度大于在刻蚀加工过程中等离子体鞘层的高度，各台阶之间的间距与异型电极1上方的二元光学元件5表面上所需的台阶间距一一对应并相等。
进一步地，步骤1中所述异型电极1的外径不大于工装4的内径，所述异型电极1的最大厚度小于工装4的厚度0～5毫米。
进一步地，步骤1中所述异型电极1的材料为导电金属材料，下电极板2为等离子体刻蚀设备的下平板电极。
进一步地，步骤1中所述异型电极1的顶部各台阶式浮雕表面上具有改善刻蚀均匀性作用的凹形轮廓6。
进一步地，步骤2中所述样片3的材料包括但不限于二氧化硅、微晶玻璃、亚克力、硅、碳化硅等刚性光学基底以及聚酰亚胺、聚对苯二甲酸二甲酯等柔性光学薄膜。
进一步地，步骤2中所述样片3的厚度小于在等离子体刻蚀过程中等离子体鞘层的高度，并且样片3的上表面低于异型电极1台阶式浮雕表面上方的等离子体鞘层的顶部。
进一步地，步骤2中所述工装4的材料为固体绝缘材料。
进一步地，步骤3中所述等离子体刻蚀是在能够产生等离子体鞘层的刻蚀工艺中进行的。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明可以避免传统的二元光学元件刻蚀加工过程中图形转印、套刻所涉及的复杂而繁琐的加工工艺。
(2)本发明所采用的异型电极可被重复使用，有利于对二元光学元件进行快速地批量化生产。
(3)本发明通过采用异型电极来对待加工光学元件表面各处的刻蚀速率进行调控，即异型电极台阶凸起区域的正上方所对应的元件表面区域以离子增强刻蚀为刻蚀主导作用、异型电极台阶低凹区域的正上方所对应的元件表面区域以化学刻蚀为刻蚀主导作用，实现在元件表面上进行不同刻蚀机理和不同刻蚀速率的区域划分，达到了对二元光学元件进行无掩模刻蚀加工制作的效果，避免了对传统二元掩模版的使用，降低了二元光学元件的制造成本。
附图说明
图1为本发明一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法的流程图，其中，图1(a)为异型电极放置示意图；图1(b)为待刻蚀元件放置示意图；图1(c)为二元光学元件刻蚀步骤示意图；图1(d)为刻蚀后的二元光学元件示意图；图1(e)为异型电极台阶式浮雕表面的局部放大示意图；
其中：1—异型电极；2—下电极板；3—样片；4—工装；5—二元光学元件；6—凹形轮廓的局部放大图。
图2为实施例1中聚酰亚胺光学薄膜采用无掩模刻蚀加工后的透射波前数据。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示本发明一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法示意图，结合图1详细说明一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法的原理和工艺步骤。
一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，包括以下步骤：
步骤1：将异型电极1放置于下电极板2的表面，并与下电极板2同轴心放置；
其中，步骤1中所述异型电极1的底部为平面，顶部为台阶式浮雕表面，各台阶的高度大于在刻蚀加工过程中等离子体鞘层的高度，各台阶之间的间距与异型电极1上方的二元光学元件5表面上所需的台阶间距一一对应并相等。
步骤1中所述异型电极1的外径不大于工装4的内径，所述异型电极1的最大厚度小于工装4的厚度0～5毫米。
步骤1中所述异型电极1的材料为导电金属材料，下电极板2为等离子体刻蚀设备的下平板电极。
步骤1中所述异型电极1的顶部各台阶式浮雕表面上具有改善刻蚀均匀性作用的凹形轮廓6。
步骤2：将表面承载有样片3的工装4放置于下电极板2的表面，并与下电极板2同轴心放置；
步骤2中所述样片3的材料包括但不限于二氧化硅、微晶玻璃、亚克力、硅、碳化硅等刚性光学基底以及聚酰亚胺、聚对苯二甲酸二甲酯等柔性光学薄膜。
步骤2中所述样片3的厚度小于在等离子体刻蚀过程中等离子体鞘层的高度，并且样片3的上表面低于异型电极1台阶式浮雕表面上方的等离子体鞘层的顶部。
步骤2中所述工装4的材料为固体绝缘材料。
步骤3：对工装4上的样片3进行等离子体刻蚀，刻蚀结束后取出样片3，实现对二元光学元件5的无掩模刻蚀加工。
步骤3中所述等离子体刻蚀是在能够产生等离子体鞘层的刻蚀工艺中进行的。
实施例1
实施例中一些工艺条件设置如下：待加工样片材料为聚酰亚胺光学薄膜，刻蚀所用设备为单频容性耦合等离子体刻蚀设备，反应气体为氧气与三氟甲烷，流量比为1:3，刻蚀功率为500瓦，刻蚀腔压为1帕。图2为实施例1中聚酰亚胺光学薄膜采用无掩模刻蚀加工后的透射波前数据。
本发明一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，具体工艺过程包括：
步骤1：将材料为导电金属的异型电极1放置于单频容性耦合等离子体刻蚀设备的下平板电极即下电极板2的表面，并与下电极板2同轴心放置，其中异型电极1的底部为平面，顶部为台阶式浮雕表面，各台阶的高度大于在刻蚀加工过程中等离子体鞘层的高度，各台阶之间的间距与异型电极1上方的二元光学元件5表面上所需的台阶间距一一对应并相等，异型电极1的外径不大于工装4的内径，异型电极1的最大厚度等于工装4的厚度，并且异型电极1的顶部各台阶式浮雕表面上具有改善刻蚀均匀性作用的凹形轮廓6；
步骤2：将材料为固体绝缘材料、表面承载有聚酰亚胺样片3的工装4放置于下电极板2的表面，并与下电极板2同轴心放置，其中样片3的厚度小于在等离子体刻蚀过程中等离子体鞘层的高度，并且样片3的上表面低于异型电极1台阶式浮雕表面上方的等离子体鞘层的顶部；
步骤3：在单频容性耦合等离子体刻蚀设备中对工装4上的样片3进行等离子体刻蚀，刻蚀结束后取出样片3，实现对二元光学元件5的无掩模刻蚀加工；
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将异型电极(1)放置于下电极板(2)的表面，并与下电极板(2)同轴心放置；
步骤2：将表面承载有样片(3)的工装(4)放置于下电极板(2)的表面，并与下电极板(2)同轴心放置；
步骤3：对工装(4)上的样片(3)进行等离子体刻蚀，刻蚀结束后取出样片(3)，实现对二元光学元件(5)的无掩模刻蚀加工。
2.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤1中所述异型电极(1)的底部为平面，顶部为台阶式浮雕表面，各台阶的高度大于在刻蚀加工过程中等离子体鞘层的高度，各台阶之间的间距与异型电极(1)上方的二元光学元件(5)表面上所需的台阶间距一一对应并相等。
3.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤1中所述异型电极(1)的外径不大于工装(4)的内径，所述异型电极(1)的最大厚度小于工装(4)的厚度0～5毫米。
4.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤1中所述异型电极(1)的材料为导电金属材料，下电极板(2)为等离子体刻蚀设备的下平板电极。
5.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤1中所述异型电极(1)的顶部各台阶式浮雕表面上具有改善刻蚀均匀性作用的凹形轮廓(6)。
6.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤2中所述样片(3)的材料包括但不限于二氧化硅、微晶玻璃、亚克力、硅、碳化硅刚性光学基底以及聚酰亚胺、聚对苯二甲酸二甲酯等柔性光学薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤2中所述样片(3)的厚度小于在等离子体刻蚀过程中等离子体鞘层的高度，并且样片(3)的上表面低于异型电极(1)台阶式浮雕表面上方的等离子体鞘层的顶部。
8.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤2中所述工装(4)的材料为固体绝缘材料。
9.根据权利要求1所述的一种用异型电极实现二元光学元件制作的无掩模刻蚀加工方法，其特征在于：步骤3中所述等离子体刻蚀是在能够产生等离子体鞘层的刻蚀工艺中进行的。
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