[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

权利要求书

1.一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，其特征在于：首先准备一片衬底；然后，开展衬底材料的单点驻留抛光试验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不超过100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。

2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：衬底材料选择硅片或石英玻璃。

3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：微纳米台阶阵列结构模板加工与检测包括如下步骤：

首先，在离子束抛光机床上开展衬底材料单点驻留抛光试验，获取去除函数A(x,y)；接下来，采用栅格路径扫描法对衬底材料进行不同扫描速度条件下的分区域加工，即离子束以光栅扫描的方式在所界定的区域表面循环移动，最终形成不同高度的微纳米台阶阵列结构；采用轮廓仪、激光干涉仪及原子力显微镜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，并判别其检测结果是否符合加工精度要求：台阶高度误差≤±5nm，面形精度PV≤λ/10，表面粗糙度Ra≤1nm；若不符合，则根据检测结果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。

4.根据权利要求1所述的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，其特征在于：

通过批量化的光学固化胶注入、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，制成批量化的带有微纳米台阶阵列结构的光学固化胶结构；光学固化胶在注入过程中注入均匀，剥离与翻转过程中不粘附且稳固；光学固化胶上转移而来的微纳米台阶阵列结构精度要求：台阶高度误差≤±5nm，面形精度PV≤λ/10，表面粗糙度Ra≤1nm。

5.根据权利要求1所述的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，其特征在于：通过电子束蒸发系统在带有微纳米台阶阵列结构的光学固化胶上依次沉积厚度在光学厚度范围的顶层金属层II和厚度在光学厚度范围的电介质层薄膜材料；顶层金属层II和电介质层在沉积过程中沉积速率稳定、膜层厚度均匀且沉积后无表面应力释放。

6.根据权利要求1所述的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，其特征在于：由于电介质层薄膜材料沉积的厚度较厚，在沉积后其顶面和底面均会复制光学固化胶上的微纳米台阶阵列结构，而单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片的结构需要电介质层的两个面分别为平面和台阶面；因此，根据微纳米台阶阵列结构的尺寸以及电介质层薄膜沉积的膜层厚度，在离子束抛光机床上选择离子束抛光工艺参数开展电介质层薄膜平坦化加工试验，将电介质层薄膜加工成符合单片集成Fabry-Pérot腔全彩滤光片结构的微纳米台阶阵列结构；电介质层薄膜平坦化加工完成后，采用光谱椭偏仪对膜层厚度进行测量，并对测量数据的沉积误差进行分析；采用场发射扫描电子显微镜对制得的电介质层薄膜的表面形貌进行观测。

7.根据权利要求1所述的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，其特征在于：通过电子束蒸发系统在平坦化后的介质层上沉积厚度在光学厚度范围的底层金属层I；底层金属层I在沉积过程中沉积速率稳定、膜层厚度均匀且沉积后无表面应力释放。

8.根据权利要求1所述的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，其特征在于：实验的反射或透射光谱通过微区反射光谱测量系统测得，将测得结果与模拟光谱结果进行对比，分析加工工艺的精确度与稳定性；依照国际照明委员会建立的CIE标准色度学系统，将获得的光谱数据转换成人类所能感知的颜色，为颜色数据库的建立提供数据支撑，并用来评价获得的结构色像素的显色性能。