專利名稱：厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法
技術領域：
本發明涉及一種多級微反射鏡的制作方法，特別涉及一種厚度調節混合制作用于可見及
紅外波段的多級微反射鏡的方法。
背景技術：
多級微反射鏡作為一種光的反射器件，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。
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的 一個重要研究課題，微型光學器件設計與制作水平直接決定該光儀器的性能。多級微反射鏡 可以通過二元光學技術在襯底上進行多次光刻和多次腐蝕(干法或濕法)在石英等多種材料 上制備階梯微結構，這種方法存在以下缺點1、需要進行多次光刻和多次化學腐蝕，造成 化學污染；2、因多次套刻，水平精度難以保證；3、階梯垂直間距調節范圍小；4、腐蝕或 刻蝕深度難以精確控制，精度和重復性較差。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種不用化學腐蝕，能夠減少污染，水平精度高，并且 階梯垂直間距調節范圍大、縱向尺寸精度高的厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法。
為解決上述技術問題，本發明的厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法包括如下步驟
(一) 、選取硅、玻璃、二氧化硅、石英、碳化硅、鉬片、鋁片或石英片作為基片，并 對其進行清洗處理；
(二) 、設定多級微反射鏡總級數為n，將n片基片雙面拋光，并分成N組；分別將每 個組的1 n/N個基片疊在一起固定，形成N組基片單元，然后分別對N組基片單元整體研 磨、拋光四個側面，使側面粗糙度達到0.2nm l^im;第一組基片單元上下側表面之間的高 度為H，第二組基片單元上下側表面之間的高度為H+nh/N，第三組基片單元上下側表面之 間的高度為H+2nh/N，依此類推，第N組基片單元上下側表面之間的高度為H+ (N-l) nh/N;
(三) 、分別在各基片的上側表面沉積薄膜材料，在第1、n/N+l、2n/N+l、 3n/N + l…… 基片上側表面沉積厚度為h的薄膜，在第2、 n/N+2、 2n/N+2、 3n/N+2、……基片上側表面沉積厚度為2h的薄膜，在第3、 n/N+3、 2n/N + 3、 3n/N+3、……基片上側表面沉積厚 度為3h的薄膜，在第4、 n/N+4、 2n/N+4、 3n/N+4、……基片上側表面沉積厚度為4h的 薄膜，依此類推；
(四) 、將上側表面沉積薄膜的各基片按上下側表面之間的高度依次緊密排列置于一塊 高平面度的拋光平板上并固定在一起，形成階梯結構；
(五) 、在階梯結構上表面沉積增反膜層。
本發明由于采用光學精密拋光制作不同高度的基片單元，并在各基片的上側表面沉積薄 膜材料，因而不僅水平精度高，階梯的垂直高度還可以在較大的范圍內調節，縱向尺寸精度 高，微反射鏡表面粗糙度低，平面度高。并且制作過程不用化學腐蝕，減少了污染；沉積的 膜層材料可選用多種材料，并且沉積的各膜層可以是同一種材料。
所述的步驟(三)中，薄膜材料采用硅或二氧化硅或氮化硅或鋁或金或其它可蒸鍍材料； 薄膜材料采用磁控濺射或射頻濺射或離子束濺射方法沉積于各基片上側表面。
所述的歩驟(四)中，平板材料可以選用玻璃或硅或石英或鋁或其他金屬；采用真空吸
附的方法保證各基片之間、各基片下側表面與平板之間緊密接觸；各基片之間、各基片下側 表面與平板之間用粘接劑側面粘結或鍵合方法來固定。
所述的步驟(五)中，增反膜層為金膜或鋁膜，采用鎢舟加熱蒸發或磁控濺射方法沉積； 增反膜層厚度為50-1000A，淀積速率控制在100-200A/s。
所述的增反膜層表面沉積保護膜層，以防止膜層氧化；膜層材料采用MgF2、 A1203或 Si02。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。 圖l為一組基片單元立體圖。
圖2為制作完成的多級微反射鏡立體圖。
具體實施方式
實施例1
本發明采用光學精密拋光和薄膜沉積相結合的方法制作多級微反射鏡，具體工藝流程
如下(一)、多級微反射鏡所用的基片采用玻璃、硅、二氧化硅、碳化硅或石英片，其清洗處 理的步驟為
1) 以甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；
2) 用濃硫酸和濃硝酸混合液煮沸去除金屬離子，其中硫酸和硝酸體積比為3: 1;
3) 用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干。
(二) 、先用5片0.6mm厚的基片雙面拋光，然后把基片靠在一起固定后，再進行整體 四邊拋光，形成第一組基片單元，如圖1所示，基片單元的四個側表面粗糙度為0.2nm lpm， 5片基片上下側表面之間要嚴格等高，高度為H;再用5片0.6mm厚的基片雙面拋光，然后
把基片靠在一起固定后，再進行整體四邊拋光，拋光后5片基片上下兩邊之間的高度比第一 組基片單元高250nm，但也要求5片基片上下兩邊嚴格等高，形成第二組基片單元；……以 此類推，直至基片數量達到設定的多級微反射鏡要求的階梯數目；
(三) 、將各組基片單元再拆分成5個單獨的基片；通過磁控濺射或射頻濺射或離子束 濺射方法將硅材料分別沉積于各基片的粗糙度為0.2nm l)am的上側表面；每組基片單元的 第一基片上側表面沉積形成50nm的硅膜，第二基片上側表面沉積100nm的硅膜，第三基片 上側表面沉積150nm的硅膜，第四基片上側表面沉積200nm的硅膜，第五基片上側表面沉 積250nm的硅膜；
(四) 、最后把制作完成的各基片按上下側表面的高度依次緊密排列置于一塊高平面度 的拋光平板上，平板材料可以是玻璃或硅或石英或鋁或其他金屬。用真空吸附的方法保證各 基片之間、各基片下側表面與平板之間緊密接觸，然后，用粘接劑側面粘結或鍵合方法來固 定，形成多級階梯結構，如圖2所示。
(五) 、在步驟(四)制作完成的多級階梯結構上表面蒸鍍或濺射上一層金膜或鋁膜。 薄膜厚度要利用薄膜理論設計。金膜或鋁膜用鎢舟加熱蒸發或磁控濺射方法沉積，其厚度為 50-1000A，淀積速率控制在100-200A/s。為防止膜層材料氧化，必須保護起來， 一般用MgF2、 八1203或Si02膜沉積在金膜或鋁膜上，最終制得多級微反射鏡。
實施例2
本發明采用光學精密拋光和兩層薄膜沉積相結合的方法制作多級微反射鏡，實施例2 具體工藝流程如下(一)、多級微反射鏡所用的基片采用鉬片或鋁片，其清洗處理的步驟為
1) 以甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗15分鐘，去除油污等有機物；
2) 用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水后烘干。
(二) 、先用5片0.6mm厚的基片雙面拋光，然后把基片靠在一起固定后，再進行整體
四邊拋光，形成第一組基片單元，如圖1所示，5片基片上下兩邊要嚴格等高，高度為H;
再用5片0.6mm厚的基片雙面拋光，然后把基片靠在一起固定后，再進行整體四邊拋光， 拋光后5片基片上下兩邊之間的高度比第一組基片單元高25pm，但也要求5片基片上下兩 邊嚴格等高，形成第二組基片單元；……以此類推，直至達到多級微反射鏡要求的階梯數目；
(三) 、將各組基片單元再拆分成5個單獨的基片；通過磁控濺射或射頻濺射或離子束 濺射方法將硅材料分別沉積于各基片的粗糙度為0.2nm lpm的上側表面；每組基片單元的 第一基片上側表面沉積形成5pm的硅膜，第二基片上側表面沉積10pm的硅膜，第三基片 上側表面沉積15pm的硅膜，第四基片上側表面沉積20pm的硅膜，第五基片上側表面沉 積25pm的硅膜。
(四) 、最后把制作完成的各基片按上下側表面的高度依次緊密排列置于一塊高平面度 的拋光平板上，平板材料可以是玻璃或硅或石英或鋁或其他金屬。用真空吸附的方法保證各 基片之間、各基片下側表面與平板之間緊密接觸，然后，用粘接劑側面粘結或鍵合方法來固 定，形成多級階梯結構，如圖2所示。
(五) 、在步驟(四)制作完成的多級階梯結構上表面蒸鍍或濺射上一層金膜或鋁膜。 薄膜厚度要利用薄膜理論設計。金膜或鋁膜用鎢舟加熱蒸發或磁控濺射方法沉積，其厚度為 50-1000A，淀積速率控制在100-200A/s。為防止膜層材料氧化，必須保護起來， 一般用MgF2， A1203， Si02膜沉積在金膜或鋁膜上，最終制得多級微反射鏡。
權利要求
1. 一種厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法，其特征在于包括如下步驟(一)、選取硅、玻璃、二氧化硅、石英、碳化硅、鉬片、鋁片或石英片作為基片，并對其進行清洗處理；(二)、設定多級微反射鏡總級數為n，將n片基片雙面拋光，并分成N組；分別將每個組的1～n/N個基片疊在一起固定，形成N組基片單元，然后分別對N組基片單元整體研磨、拋光四個側面，使側面粗糙度達到0.2nm～1μm；第一組基片單元上下側表面之間的高度為H，第二組基片單元上下側表面之間的高度為H+nh/N，第三組基片單元上下側表面之間的高度為H+2nh/N，依此類推，第N組基片單元上下側表面之間的高度為H+(N-1)nh/N；(三)、分別在各基片的上側表面沉積薄膜材料，在第1、n/N+1、2n/N+1、3n/N+1……基片上側表面沉積厚度為h的薄膜，在第2、n/N+2、2n/N+2、3n/N+2、……基片上側表面沉積厚度為2h的薄膜，在第3、n/N+3、2n/N+3、3n/N+3、……基片上側表面沉積厚度為3h的薄膜，在第4、n/N+4、2n/N+4、3n/N+4、……基片上側表面沉積厚度為4h的薄膜，依此類推；(四)、將上側表面沉積薄膜的各基片按上下側表面之間的高度依次緊密排列置于一塊高平面度的拋光平板上并固定在一起，形成多級階梯結構；(五)、在多級階梯結構上表面沉積增反膜層。
2、 根據權利要求1所述的厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法，其特征在于所述的 步驟(三)中，薄膜材料采用硅或二氧化硅或氮化硅或鋁或金；薄膜材料采用磁控濺射或射 頻濺射或離子束濺射方法沉積于各基片上側表面。
3、 根據權利要求1所述的厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法，其特征在于所述的 步驟(五)中，增反膜層為金膜或鋁膜，采用鎢舟加熱蒸發或磁控濺射方法沉積，增反膜層 厚度為50-1000A，淀積速率控制在100-200A/s。
4、 根據權利要求3所述的厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法，其特征在于所述的 增反膜層表面沉積保護膜層。
5、 根據權利要求4所述的厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法，其特征在于保護膜 層材料采用MgF2、 A1203或Si02。
全文摘要
本發明涉及一種厚度調節混合制作多級微反射鏡的方法，包括如下步驟制作n個基片并對其進行清洗處理；將基片并分成N組基片單元，然后研磨、拋光四個側面；第一組基片單元上下側表面之間的高度為H，依此類推，第N組基片單元上下側表面之間的高度為H+(N-1)nh/N；分別在各基片的上側表面沉積不同厚度的薄膜材料；將各基片依次緊密排列置于拋光平板上并固定在一起；在階梯結構上表面沉積增反膜層。本發明不僅水平精度高，階梯的垂直高度還可以在較大的范圍內調節，縱向尺寸精度高；并且制作過程不用化學腐蝕，減少了污染。
文檔編號B24B9/06GK101285904SQ20081005078
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月4日 優先權日2008年6月4日
發明者梁中翥, 梁靜秋 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所