一种高精度光栅加工方法与流程

本发明涉及光栅加工，具体提供一种高精度光栅加工方法。

背景技术：

1、编码器作为一种将信号转换为数字信号的设备，在我国工业、科研和电子产品领域具有广泛的应用。编码器的核心基准部件是光栅，其加工精度直接影响到编码器的性能，而这与光栅圆周上的条纹数n有关。光栅栅距加工的越密、加工精度越高，其获得的有效分辨力越精准。然而，在实际应用中，光栅的制作工艺和成本等因素也会对测量精度产生影响。因此，在选择光电编码器时，需要在分辨力、制作工艺和成本等方面进行综合考虑。现有光栅加工方法包括：

2、1、机械加工：通过机械刀具对光栅进行切削、磨削等操作，但机械加工存在加工速度慢、刀具磨损严重、加工成本较高和加工精度低等缺点。

3、2、激光加工：利用高能激光束对光栅进行瞬间熔化、蒸发或化学反应，从而实现对工件的加工，但激光加工的设备成本较高，能量控制难度大，且生产效率较低。

4、3、电化学加工：利用电解液中的电流，通过电化学反应对光栅表面进行腐蚀，但腐蚀存在不均匀的问题，影响光栅的精度。

5、4、超声波加工法：通过超声波振动对光栅进行加工，该方法的加工精密度高，加工表面质量好，但超声波加加工速度相对较慢，且对超声波发生器和加工工艺的要求较高。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种高精度光栅加工方法，利用电子束和电感耦合等离子体刻蚀技术进行光栅制备，可以将光栅图案的精度提升至纳米级，并且能够有效提高光栅图案边缘的平整度，此外，为了降低刻蚀过程中产生的热量对刻蚀边缘产生影响，本发明通过低温刻蚀，减少等离子体中的活性自由基的内部扩散，进一步提高了光栅图案的精度和完整性。

2、本发明提供的高精度光栅加工方法，包括：以下步骤：

3、s1：在基底上沉积一层金属薄膜；

4、s2：在金属薄膜上旋涂一层电子束胶，烘干后形成电子胶薄膜；

5、s3：通过电子束直写曝光工艺在电子胶薄膜上形成预设光栅图案；

6、s4：以电子胶薄膜为掩膜，采用sf6气体作为刻蚀气体对金属薄膜进行电感耦合等离子体刻蚀，在金属薄膜上形成预设光栅图案；

7、或，将基底置于温度低于-110℃的刻蚀室内，向基底的电子胶薄膜和金属薄膜喷射c4f8气体后，以电子胶薄膜为掩膜，通过电感耦合等离子体刻蚀在金属薄膜上形成预设光栅图案。

8、优选的，金属薄膜的厚度为50-100nm。

9、优选的，基底为硅片或者玻璃。

10、优选的，s1中，通过磁控溅射或者离子束沉积工艺在基底上沉积金属薄膜。

11、优选的，s2中，在金属薄膜的中心滴涂电子束胶，通过100-800rpm转速使电子束胶在离心力作用下旋涂在金属薄膜上。

12、优选的，还包括s5：利用除胶剂清洗金属薄膜上的电子胶薄膜。

13、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

14、本发明通过电子束直写曝光工艺，实现了对电子胶薄膜上预设光栅图案的精确转移，保证了图案的高分辨率和准确性；采用滴涂和旋涂相结合的方法，确保了电子束胶在金属薄膜上的均匀分布，避免了涂覆不均的问题。

15、本发明提供了两种提高刻蚀边缘平整度的方法，一种是在低温条件下使用c4f8气体作为前驱气体在电子胶薄膜上形成的光栅图案内凝结形成的保护层，减少后续刻蚀过程中等离子体中的自由基扩散，提高了光栅图案边缘的平整度，提高了光栅图案的完整性；另一种是用sf6气体作为刻蚀气体，sf6气体与刻蚀表面碰撞产生氟化物或碳氟化合物等刻蚀副产物，抑制等离子体中的活性自由基向材料内部扩散。

16、本发明的方法将光栅刻线的精度由200nm提高至25nm，并且对获得的光栅步进行电信号评价，其信号一致性提高了25%。

技术特征：

1.一种高精度光栅加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高精度光栅加工方法，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为50-100nm。

3.如权利要求1所述的高精度光栅加工方法，其特征在于，所述基底为硅片或者玻璃。

4.如权利要求1所述的高精度光栅加工方法，其特征在于，所述s1中，通过磁控溅射或者离子束沉积工艺在所述基底上沉积所述金属薄膜。

5.如权利要求1所述的高精度光栅加工方法，其特征在于，所述s2中，在所述金属薄膜的中心滴涂电子束胶，通过100-800rpm转速使电子束胶在离心力作用下旋涂在所述金属薄膜上。

6.如权利要求1所述的高精度光栅加工方法，其特征在于，还包括：s5：利用除胶剂清洗所述金属薄膜上的电子胶薄膜。

技术总结本发明涉及光栅加工技术领域，具体提供一种高精度光栅加工方法，首先，在基底上沉积一层金属薄膜，并在金属薄膜上旋涂一层电子束胶，烘干后获得电子胶薄膜；设定电子束枪的参数，通过电子束直写曝光工艺在电子胶薄膜上形成想要制备的预设光栅图案，以带有预设光栅图案电子胶薄膜为掩膜，对金属薄膜进行电感耦合等离子体刻蚀，将电子胶薄膜上的预设光栅图案转移到金属薄膜上，形成光栅。本发明利用电子束和电感耦合等离子体刻蚀技术将光栅图案刻划线的精度提升至25纳米以内，极大提高了刻画精度，并且通过低温刻蚀有效提高了光栅图案边缘的平整度。技术研发人员：苟敬德,焦环宇,陈海伦,赵亮,徐月,郑伟光,杨尚受保护的技术使用者：长春禹衡光学有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10