專利名稱：一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非均勻厚度薄膜的制作方法，尤其涉及一種基于移動(dòng)掩模原理和
定向沉積原理來制備微/納尺度的多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法。
背景技術(shù)：
微/納元件尤其是微/納光學(xué)元件，在科研、軍事、民用等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用 潛力，例如，應(yīng)用于制作各種SPPs元器件、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、超分辨成像、SPPs納米光刻等方 面。包含多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的微/納元件的制備是研究的難點(diǎn)?，F(xiàn)有的制作方法能夠 刻蝕出單層浮雕結(jié)構(gòu)的膜層或沉積多層均勻厚度的膜層，不過很難制備多層非均勻厚度的 浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層。若能夠制作多層非均勻厚度的浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層，就可以制作出許多 目前難以制作的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微/納光學(xué)元件。 微/納元件的制備方法主要分為兩類，第一類是超精密機(jī)械加工技術(shù)，主要是利 用刀具切削材料表層使其達(dá)到所要求的形狀。如金剛石車床等，適合加工單層浮雕結(jié)構(gòu)，但 其缺點(diǎn)是只能制備一些對(duì)稱回轉(zhuǎn)表面；目前只能制備單層浮雕結(jié)構(gòu)；能加工的材料種類局 限于一些機(jī)械性能好的材料。第二類是電子束/粒子束/激光直寫技術(shù)、光刻技術(shù)、刻蝕技 術(shù)等光學(xué)加工方法。光學(xué)加工方法的優(yōu)點(diǎn)是可以加工不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是加工工藝步驟 繁多、刻蝕引起的厚度誤差較大、難以制備多層厚度變化的微/納結(jié)構(gòu)。
例如采用二元光學(xué)技術(shù)、移動(dòng)灰階掩模光刻技術(shù)等方式均可以制作微米或亞微米 尺度的單層微/納浮雕結(jié)構(gòu)；但這些掩模光刻方法需要進(jìn)行鍍膜、涂膠、曝光、顯影、刻蝕等 繁雜步驟，尤其是需要通過刻蝕才能將圖形轉(zhuǎn)移到基底上，很難精確控制較薄的膜層的刻 蝕深度。電子束直寫技術(shù)、激光束直寫技術(shù)、聚焦粒子束加工等直寫技術(shù)可直接或間接在材 料表面刻蝕出微/納浮雕結(jié)構(gòu)。若用這些技術(shù)來制備多層多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層，加工成 本很高且加工效率低下；多次進(jìn)行鍍膜、曝光和刻蝕等工藝，尤其是在已有的浮雕結(jié)構(gòu)膜層 上進(jìn)行以上工藝，其下層膜層的形貌結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)膜層的涂膠、曝光的質(zhì)量，無疑會(huì) 給后續(xù)膜層的制備帶來非常大的厚度誤差，多次重復(fù)刻蝕則會(huì)進(jìn)一步放大這種誤差。
—些微/納元件尤其是微/納光學(xué)元件，需要疊加多層非均勻厚度的膜層，而目前 制備多層非均勻厚度的膜層仍然是一個(gè)難題。因此，多層非均勻厚度的浮雕結(jié)構(gòu)膜層的制 作方法擁有很大的應(yīng)用價(jià)值。 綜上所述，到目前為止，還沒有一種工藝簡(jiǎn)單、適合在基底上直接沉積多層非均勻 厚度膜層的加工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有微細(xì)加工設(shè)備制作的限制之處，提出一種 利用移動(dòng)掩模原理和氣相定向沉積技術(shù)，來制備微/納尺度的非均勻膜層的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的 方法，其特征在于包括以下步驟
(1)根據(jù)要制作的微/納元件的各層膜層的界面函數(shù)，得到各層膜層的厚度分布 函數(shù)即各層膜層的各個(gè)區(qū)域要沉積的膜料厚度； (2)根據(jù)要沉積的膜層的尺寸來制作該膜層的移動(dòng)掩模及移動(dòng)掩模上的掩模狹 縫，其中掩模狹縫為能通過膜料粒子的長(zhǎng)方形通孔，上述掩模與基片平行放置并能相對(duì)基 片作平行移動(dòng)； (3)由各層膜層的各個(gè)區(qū)域要沉積的膜料厚度得到各層膜層的各個(gè)區(qū)域所需要的 沉積時(shí)間基片上的各區(qū)域只有處于掩模狹縫的正下方時(shí)才能沉積膜料，用基片上該膜層 的各個(gè)區(qū)域要沉積的膜料厚度除以膜料的沉積速度就可以得到各個(gè)區(qū)域所需要的沉積時(shí) 間，即掩模狹縫在該區(qū)域上方需要停留并沉積膜料的時(shí)間；通過掩模的掩模狹縫以穩(wěn)定的 速率向基片定向沉積膜料，其中基片上的沉積區(qū)域?yàn)檎龑?duì)掩模狹縫的區(qū)域，其長(zhǎng)度、寬度等 于掩模狹縫的長(zhǎng)度、寬度；在膜料的定向沉積過程中，掩模相對(duì)基片作平行移動(dòng)，從而使沉 積區(qū)域在基片上移動(dòng)； (4) —個(gè)區(qū)域沉積完成后將掩模狹縫平移到下一個(gè)沉積區(qū)域上方進(jìn)行沉積，每次 平移的距離均為一個(gè)掩模狹縫的寬度；控制基片上各個(gè)沉積區(qū)域的沉積時(shí)間來控制該區(qū)域 的膜層的厚度，從而調(diào)制基底上各個(gè)區(qū)域的膜層厚度分布，得到預(yù)定厚度分布和膜料種類 的單層浮雕結(jié)構(gòu)膜層； (5)重復(fù)步驟(1)-(4)，每沉積一層膜層后將膜料更換成下一膜層相應(yīng)的膜料，從 基底往上依次沉積各種預(yù)定厚度分布的膜層，就可以得到需要的多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層。
所述步驟(1)中的各膜層為連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)膜層、或多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)膜層；
所述步驟(1)中的各層膜層的厚度分布函數(shù)為各層膜層在垂直于基底的方向上
的厚度分布，數(shù)值為該膜層上下界面之差值若設(shè)第i層膜層的厚度分布函數(shù)為gi(X)，其 中x為掩模的移動(dòng)方向，第i層膜層的上界面函數(shù)為fi(x)， (i = l，2，3，…，n)(n為多層 浮雕結(jié)構(gòu)的膜層數(shù)量)，基底的上界面的函數(shù)為f。(x) = O，第i層膜層的下界面就是第i-l 層膜層的上界面，則gi(x) 二fi(x)-f^(x)，即第i層膜層的厚度分布函數(shù)gi(x)的數(shù)值等 于第i層膜層的上界面函數(shù)4 (x)減去第i-l層膜層的上界面函數(shù)f卜i (x)。
所述步驟(1)中在膜料沉積速率和其它工藝條件確定的條件下，基片上任一區(qū)域 的膜層厚度與該區(qū)域的實(shí)際沉積時(shí)間呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；將沉積區(qū)域劃分為5-100條面積相 等的平行于掩模狹縫的分割區(qū)域，每個(gè)分割區(qū)域需要沉積的膜厚用該區(qū)域需要沉積的時(shí)間 來表示。 所述步驟(2)中的掩模狹縫為可以通過沉積粒子束的通孔，數(shù)量為一條或相互平 行的多條狹縫。 所述步驟(2)中的掩模狹縫的長(zhǎng)度與要沉積的膜層的長(zhǎng)度相同，掩模狹縫的寬度 為該膜層寬度的1/5-1/100 ;掩模在靜止和移動(dòng)時(shí)均不與基片上的膜層直接接觸，基片與 掩模的距離為幾百納米到幾百微米；掩模移動(dòng)方式為一維移動(dòng)，移動(dòng)方向與狹縫方向垂直。
所述步驟(3)中向基片定向沉積膜料的方法為蒸發(fā)鍍膜，包括電子束蒸鍍、熱蒸 鍍、激光沉積；向基片定向沉積的膜料為銀、銅、鋁、金、鉻等金屬，或?yàn)槎趸琛⒐?、玻璃?氮化鎵等非金屬。 所述步驟(4)中控制基片上各點(diǎn)的有效沉積時(shí)間的方法讓掩模狹縫穩(wěn)定處于基 片上一區(qū)域之上方，根據(jù)該區(qū)域需要沉積的膜厚來選擇該區(qū)域的沉積時(shí)間長(zhǎng)度，其中該區(qū)域的沉積時(shí)間=該區(qū)域的沉積膜厚/膜料沉積速率，該區(qū)域沉積完成后再將掩模狹縫平移 到下一個(gè)需要沉積的點(diǎn)，掩模每次移動(dòng)的距離相同，掩模每次移動(dòng)的距離等于一個(gè)狹縫的 寬度。 所述步驟(5)中的多層浮雕結(jié)構(gòu)的不同膜層使用相同或不同的膜料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于 (1)通過結(jié)合移動(dòng)掩模技術(shù)和定向沉積技術(shù)，不需要經(jīng)過光刻、刻蝕等復(fù)雜工藝步 驟，就可以在基底上直接沉積出預(yù)定膜厚分布的厚度變化膜層；為微/納元器件的加工提 供了 一種精確、新穎、方便的加工途徑。 (2)本發(fā)明結(jié)合了移動(dòng)掩模技術(shù)和定向沉積技術(shù)，在沉積膜料時(shí)勻速移動(dòng)掩模來 對(duì)沉積的膜層的厚度分布進(jìn)行調(diào)制，制備過程為直接在基底上沉積得到想要的浮雕結(jié)構(gòu)膜 層而不需要涂膠、光刻、顯影、刻蝕等繁多的步驟，從而大大減小了膜層的厚度誤差、提高了 元件的制備速度。
(3)本發(fā)明可以在已經(jīng)制備好的浮雕結(jié)構(gòu)膜層上直接沉積下一層預(yù)定膜厚分布的
浮雕結(jié)構(gòu)膜層，不需要經(jīng)過涂膠、曝光、刻蝕等工藝步驟，從而避免了下層浮雕結(jié)構(gòu)膜層的
不平整表面對(duì)涂膠、曝光、刻蝕等后續(xù)工藝步驟的不利影響，減少了后續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)膜層的厚
度和厚度分布方面的誤差，這降低了制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的難度。
(4)本發(fā)明沉積的方法為熱蒸鍍、電子束蒸鍍或激光沉積，可以較方便地沉積多種
金屬、非金屬材料。


圖1是本發(fā)明的第一步推導(dǎo)多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層中任意一層膜層的厚度分布 函數(shù)的示意圖，其中(a)為確定多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層中任意一層膜層在x方向上的上下 界面的示意圖，(b)為由該膜層的上下界面推導(dǎo)出其厚度分布的示意圖，上方坐標(biāo)系中的圖 形為該膜層的上下界面函數(shù)，下方坐標(biāo)系中的圖形為用該膜層的上下界面相減得到的該膜 層的厚度分布函數(shù)； 圖2是本發(fā)明第一步根據(jù)要制備的目標(biāo)元件的各膜層的界面函數(shù)得到的膜層厚 度分布函數(shù)，圖中虛線所示即為一目標(biāo)膜層； 圖3是本發(fā)明第二步的制作示意圖，掩模置于平行于基底的掩模移動(dòng)平臺(tái)上，可 相對(duì)基底平行移動(dòng)； 圖4是本發(fā)明第三步的制作示意圖，在基片上的沉積區(qū)域是一條與狹縫長(zhǎng)度、寬 度相當(dāng)?shù)膮^(qū)域，通過掩模每次可以沉積一條與狹縫尺寸相當(dāng)?shù)哪樱?圖5是本發(fā)明第四步的制作示意圖，在膜料沉積過程中移動(dòng)掩模，通過控制基片 上各點(diǎn)的有效沉積時(shí)間來控制該點(diǎn)沉積的膜料厚度；調(diào)制各點(diǎn)沉積的膜料厚度分布，使該 層薄膜各點(diǎn)的膜厚與預(yù)定值一致； 圖6是本發(fā)明第五步制作完成的多層浮雕結(jié)構(gòu)膜層的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1為表面拋光的基底；2為要制作的微/納元件；3為該微/納元件的某一
膜層的XZ平面的截面圖；4為一要制作的膜層；5為掩模；6為掩模狹縫；7為蒸發(fā)粒子束；
8為沉積的物質(zhì)；9為用移動(dòng)掩模沉積法得到的浮雕結(jié)構(gòu)膜層；10為用移動(dòng)掩模沉積法得到
的多層浮雕結(jié)構(gòu)膜層。
具體實(shí)施例方式
在詳細(xì)闡述本發(fā)明之前，先對(duì)本發(fā)明中掩模狹縫寬度的選擇與沉積膜層的厚度分 布之間的關(guān)系進(jìn)行說明。 掩模狹縫為能通過沉積粒子的通孔，掩模狹縫的長(zhǎng)度與要制備的浮雕結(jié)構(gòu)膜層的
長(zhǎng)度相同，掩模狹縫的寬度選取為多層浮雕結(jié)構(gòu)膜層的寬度的1/a，其中a為正整數(shù)，則a
越大代表對(duì)多層浮雕結(jié)構(gòu)膜層厚度在掩模移動(dòng)方向即x方向的劃分越精細(xì)、掩模狹縫的寬
度越小，制備出來的膜層的厚度分布在x方向也越接近于連續(xù)變化、越與預(yù)定的厚度分布
相一致，不過實(shí)際加工的工作量和難度也較大；a越小代表掩模狹縫的寬度越大，實(shí)際制備
的浮雕結(jié)構(gòu)膜層在x方向的厚度分布越接近于臺(tái)階變化，只能近似實(shí)現(xiàn)一些連續(xù)變化的厚
度分布，但優(yōu)點(diǎn)是制備難度較?。痪C合考慮與預(yù)定膜層厚度分布的符合程度和制備難度等
因素，掩模狹縫的寬度選取為多層浮雕結(jié)構(gòu)膜層的寬度的1/5-1/100是合適的。 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)
明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，而且通過以下實(shí)施例對(duì)領(lǐng)域的技術(shù)人
員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容。 實(shí)施例1是通過本發(fā)明的方法制作一個(gè)寬度8微米、長(zhǎng)度200微米，由第1、3層銀
和第2層二氧化硅浮雕結(jié)構(gòu)膜層交替組成的超級(jí)透鏡，其制作過程如下 (1)如圖1所示，用要制備的超級(jí)透鏡的任意膜層的上界面函數(shù)減去其下界面函
數(shù)可以得到該層膜層的厚度分布函數(shù)，這樣就得到了各層膜層的厚度分布函數(shù)； 設(shè)第i層膜層的上界面函數(shù)為fi(x)， (i = 1，2，3)，其中x為掩模的移動(dòng)方向，基
底上界面的函數(shù)為f。(x) = 0 ;第i層膜層的下界面就是第i-l層膜層的上界面，因此第i
層膜層的下界面函數(shù)與第i-l層膜層的上界面函數(shù)f^(x)是相等的，如圖l(a)所示； 第i層膜層的厚度分布函數(shù)gi(x)為第i層膜層的上界面函數(shù)fi(x)減去第i-l
層膜層的上界面函數(shù)fi—i(X)，即gi(X) =4 00《—Jx)，如圖l(b)所示； 若fjx) = 0. 01 (4+x) (4-x) ， (-4《x《4， x與f! (x)的單位均為微米)，f2(x) =0. 01 (5+x) (5-x) ， (-4《x《4， x與f2 (x)的單位均為微米)，f3 (x) = 0. 01 (6+x) (6_x)， (-4《x《4， x與f3 (x)的單位均為微米)； 則第 一 層膜的厚度分布函數(shù)gl (x) = ^ (x) -f。 (x) = 0. 01 (4+x) (4_x) _0 = 0. 01 (4+x) (4-x) (-4《x《4， x、 ^ (x) 、 f。 (x)和gl (x)的單位均為微米)，如圖2所示。
(2)掩模狹縫為能通過沉積粒子的通孔，其中掩模狹縫的長(zhǎng)度與要制備的超級(jí)透 鏡的長(zhǎng)度相同、為200微米，掩模狹縫的寬度為超級(jí)透鏡的寬度的1/20即0. 4微米；將掩模 置于平行于石英基底的掩模移動(dòng)平臺(tái)上，掩模距離基底的距離為5微米，掩?？上鄬?duì)基底 步進(jìn)平移，且掩模平移的方向(圖中箭頭所指方向)與掩模狹縫的長(zhǎng)度方向互相垂直，如圖 3所示；掩模每次移動(dòng)的距離為一個(gè)狹縫寬度即0. 4微米，因此沉積一層膜層掩模需要移動(dòng) 20步；將膜層沿x方向均分為20個(gè)沉積區(qū)域:-4 -3. 6、-3. 6 -3. 2、_3. 2 -2. 8、…、 3. 6 4，每個(gè)沉積區(qū)域的寬度等于狹縫的寬度即0. 4微米，長(zhǎng)度為狹縫長(zhǎng)度即200微米；根 據(jù)要沉積的膜層的厚度分布gjx) = 0.01(4+x) (4-x)可以得到不同沉積區(qū)域的需要沉積 的膜料厚度，為簡(jiǎn)便起見取每個(gè)沉積區(qū)域的中間點(diǎn)的值作為該沉積區(qū)域的膜料厚度，如沉 積區(qū)域-4 -3.6就取x二-3.8時(shí)的gJx)作為該沉積區(qū)域的膜料厚度，可得gJ-3.8)=
70. 01 (4-3. 8) (4+3. 8) = 0. 0156 (單位為微米)，同理可確定每個(gè)沉積區(qū)域的沉積厚度。
(3)讓掩模狹縫穩(wěn)定于基片上一區(qū)域的上方，用電子束蒸鍍方法以恒定的速率 0. 01微米/秒向基底沉積銀，電子束蒸鍍的沉積方向垂直于基底；如圖4所示，通過掩模狹 縫在基片上的正對(duì)掩模狹縫的區(qū)域沉積一條與狹縫長(zhǎng)度、寬度相等的銀膜層，該區(qū)域沉積 的銀膜的厚度正比于該區(qū)域的沉積時(shí)間；如沉積區(qū)域_4 -3. 6，該區(qū)域需要沉積的膜料厚 度gJ-3.8)為0.0156微米，需要沉積的時(shí)間為15.6秒，同理可確定每個(gè)沉積區(qū)域的沉積 時(shí)間； (4) —個(gè)區(qū)域沉積完成后將掩模狹縫平移到下一個(gè)沉積區(qū)域上方進(jìn)行沉積，每次 平移的距離均為一個(gè)掩模狹縫的寬度，即0. 4微米；如圖5所示，通過控制該膜層的各沉積 區(qū)域的厚度，從而得到預(yù)定的膜厚分布的銀膜層； (5)沉積第一層銀膜層后更換成下一膜層相應(yīng)的二氧化硅膜料，從基底往上交替
沉積預(yù)定厚度分布的銀、二氧化硅、銀浮雕結(jié)構(gòu)膜層，得到需要的超級(jí)透鏡。 實(shí)施例2是通過本發(fā)明的方法制作一個(gè)寬度20微米、長(zhǎng)度300微米的Si02和GaN
組成的2層光學(xué)透鏡，其制作過程如下 (1)用要制備的超級(jí)透鏡的任意膜層的上界面函數(shù)減去其下界面函數(shù)可以得到該 層膜層的厚度分布函數(shù)，這樣就得到了各層膜層的厚度分布函數(shù)； 設(shè)第i層膜層的上界面函數(shù)為fi(x)， (i = 1，2)，其中x為掩模的移動(dòng)方向，基底 上界面的函數(shù)為f。(x) = 0 ;第i層膜層的下界面就是第i-l層膜層的上界面，因此第i層 膜層的下界面函數(shù)與第i-l層膜層的上界面函數(shù)f^(x)是相等的； 則第i層膜層的厚度分布函數(shù)gi(x)為第i層膜層的上界面函數(shù)fi(x)減去第 i-l層膜層的上界面函數(shù)fH(x)，即gi(x) = fi(x)-f卜Jx); 若fjx) = O.Olx2， (-10《x《10， x與fjx)的單位均為微米)，f2(x) = 1，
(-10《X《10， X與f2 (X)的單位均為微米)； 則第 一 層膜的厚度分布函數(shù)gl(x) = fjx)-f。(x) = 0.01x2-0 = 0.01x2(-10《x《10， x與fjx)的單位均為微米)；第二層膜的厚度分布函數(shù)g2(x)= f丄2 (x) -f丄(x) = 1-0. Olx2 (-10《x《10， x與^ (x)的單位均為微米);
(2)掩模狹縫為能通過沉積粒子的通孔，其中掩模狹縫的長(zhǎng)度與要制備的超級(jí)透 鏡的長(zhǎng)度相同、為300微米，掩模狹縫的寬度為超級(jí)透鏡的寬度的1/20即1微米；將掩模 置于平行于石英基底的掩模移動(dòng)平臺(tái)上，掩模距離基底的距離為10微米，掩模可相對(duì)基底 步進(jìn)平移，且掩模平移的方向(圖中箭頭所指方向)與掩模狹縫的長(zhǎng)度方向互相垂直，掩模 每次移動(dòng)的距離為一個(gè)狹縫寬度即1微米，因此沉積一層膜層掩模需要移動(dòng)20步；將膜層 沿x方向均分為20個(gè)沉積區(qū)域-10 -9、 -9 -8、 -8 -7、…、9 IO，每個(gè)沉積區(qū)域 的寬度等于狹縫的寬度即l微米，長(zhǎng)度為狹縫長(zhǎng)度即300微米；根據(jù)要沉積的膜層的厚度分 布gjx) = 0.01x2可以得到不同沉積區(qū)域的需要沉積的膜料厚度，為簡(jiǎn)便起見取每個(gè)沉積 區(qū)域的中間點(diǎn)的值作為該沉積區(qū)域的膜料厚度，如沉積區(qū)域-10 -9就取x = -9. 5時(shí)的 gl(x)作為該沉積區(qū)域的膜料厚度，可得&(-9.5) =0.01^ = 0.9025(單位為微米)，同理 可確定每個(gè)沉積區(qū)域的沉積厚度； (3)讓掩模狹縫穩(wěn)定于基片上一區(qū)域的上方，用電子束蒸鍍方法以恒定的速率 0. 02微米/秒向基底沉積Si02，電子束蒸鍍的沉積方向垂直于基底；通過掩模狹縫在基片上的正對(duì)掩模狹縫的區(qū)域沉積一條與狹縫長(zhǎng)度、寬度相等的SiOj莫層，該區(qū)域沉積的Si(^ 膜的厚度正比于該區(qū)域的沉積時(shí)間；如沉積區(qū)域-10 -9，該區(qū)域需要沉積的膜料厚度 gl (-9. 5)為0. 9025微米，需要沉積的時(shí)間為45. 125秒，同理可確定每個(gè)沉積區(qū)域的沉積時(shí) 間； (4)在一個(gè)區(qū)域沉積完成后將掩模狹縫平移到下一個(gè)沉積區(qū)域上方進(jìn)行沉積，每 次平移的距離均為一個(gè)掩模狹縫的寬度，即1微米；通過控制該膜層的各沉積區(qū)域的厚度， 從而得到預(yù)定的膜厚分布的Si02膜層； (5)沉積第一層Si02膜層后更換成下一膜層相應(yīng)的GaN膜料，從基底往上交替沉 積預(yù)定厚度分布的SiOyGaN浮雕結(jié)構(gòu)膜層，得到需要的2層光學(xué)透鏡。
權(quán)利要求
一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據(jù)要制作的微/納元件的各層膜層的界面函數(shù)，得到各層膜層的厚度分布函數(shù)，即得到各層膜層的各個(gè)區(qū)域要沉積的膜料厚度；(2)根據(jù)要沉積的膜層的尺寸來制作該膜層的移動(dòng)掩模及移動(dòng)掩模上的掩模狹縫，其中掩模狹縫為能通過膜料粒子的長(zhǎng)方形通孔，上述掩模與基片平行放置并能相對(duì)基片作平行移動(dòng)；(3)由各層膜層的各個(gè)區(qū)域要沉積的膜料厚度得到各層膜層的各個(gè)區(qū)域所需要的沉積時(shí)間基片上的各區(qū)域只有處于掩模狹縫的正下方時(shí)才能沉積膜料，用基片上該膜層的各個(gè)區(qū)域要沉積的膜料厚度除以沉積膜料的速度就可以得到各個(gè)區(qū)域所需要的沉積時(shí)間，即掩模狹縫在該區(qū)域上方需要停留并沉積膜料的時(shí)間；通過掩模的掩模狹縫以穩(wěn)定的速率向基片定向沉積膜料，其中基片上的沉積區(qū)域?yàn)檎龑?duì)掩模狹縫的區(qū)域，其長(zhǎng)度、寬度等于掩模狹縫的長(zhǎng)度、寬度；在膜料的定向沉積過程中，掩模相對(duì)基片作平行移動(dòng)，從而使沉積區(qū)域在基片上移動(dòng)；(4)一個(gè)區(qū)域沉積完成后將掩模狹縫平移到下一個(gè)沉積區(qū)域上方進(jìn)行沉積，每次平移的距離均為一個(gè)掩模狹縫的寬度；控制基片上各個(gè)沉積區(qū)域的沉積時(shí)間來控制該區(qū)域的膜層的厚度，從而調(diào)制基底上各個(gè)區(qū)域的膜層厚度分布，得到預(yù)定厚度分布和膜料種類的單層浮雕結(jié)構(gòu)膜層；(5)重復(fù)步驟(1)-(4)，每沉積一層膜層后將膜料更換成下一膜層相應(yīng)的膜料，從基底往上依次沉積各種預(yù)定厚度分布的膜層，就可以得到需要的多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述 步驟(1)中的微/納元件的各層膜層為多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)、或均勻厚度膜層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述 步驟(1)中的各層膜層的厚度分布函數(shù)為各層膜層在垂直于基底的方向上的厚度分布，數(shù) 值為該膜層上下界面之差值若設(shè)第i層膜層的厚度分布函數(shù)為gi(x)，其中X為掩模的移 動(dòng)方向，第i層膜層的上界面函數(shù)為fi(x)， i = 1，2，3，…，n，n為多層浮雕結(jié)構(gòu)的膜層數(shù) 量，基底上界面的函數(shù)為f。(x) = O，第i層膜層的下界面就是第i-l層膜層的上界面，則 gi(x) 二fi(x)-f卜Jx)，即第i層膜層的厚度分布函數(shù)gi(x)的數(shù)值等于第i層膜層的上界 面函數(shù)4 (x)減去第i-l層膜層的上界面函數(shù)(x)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述 步驟(1)中將各層膜層劃分為5-100個(gè)平行于掩模狹縫的相同面積的分割區(qū)域，每個(gè)分割 區(qū)域內(nèi)需要沉積的膜厚由該區(qū)域的沉積時(shí)間來表示；在膜層的沉積速率和其它工藝條件確 定的條件下，每個(gè)分割區(qū)域沉積的膜厚與該區(qū)域的沉積時(shí)間成正比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述 步驟(2)中的掩模狹縫的數(shù)量為一條或相互平行的多條狹縫。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述 步驟(2)中的掩模狹縫的長(zhǎng)度與要沉積的膜層的長(zhǎng)度相同，掩模狹縫的寬度為該膜層寬度 的1/5-1/100 ;掩模在靜止和移動(dòng)時(shí)均不與基片上的膜層接觸，掩模與基片的距離為100納米到100微米；掩模移動(dòng)方式為一維移動(dòng)，移動(dòng)方向與狹縫方向垂直。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述步驟(3)中向基片定向沉積膜料的方法為熱蒸鍍、電子束蒸鍍或激光沉積，基片上正對(duì)掩 模狹縫的沉積區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度等于掩模狹縫的長(zhǎng)度、寬度；向基片定向沉積的膜料為銀、 銅、鋁、金、鉻金屬，或?yàn)槎趸?、硅、玻璃、或氮化鎵非金屬?br> 8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述 步驟(4)中控制基片上各點(diǎn)的有效沉積時(shí)間的方法讓掩模狹縫穩(wěn)定于基片上一分割區(qū)域 之上方，根據(jù)該區(qū)域需要沉積的膜厚來選擇該區(qū)域的沉積時(shí)間，其中該區(qū)域的沉積時(shí)間= 該區(qū)域的沉積膜厚/膜料沉積速率，一個(gè)區(qū)域沉積完成后再將掩模狹縫平移到下一個(gè)需要 沉積的區(qū)域之上方，掩模每次移動(dòng)的距離相同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于所述 步驟(5)中多層浮雕結(jié)構(gòu)中的不同膜層使用相同或不同的膜料。
全文摘要
一種制備多層浮雕結(jié)構(gòu)復(fù)合膜層的方法，其特征在于在掩模上加工出可供沉積粒子通過的狹縫；在膜料沉積過程中移動(dòng)掩模狹縫，使沉積區(qū)域在基片上移動(dòng)；通過控制基片各個(gè)區(qū)域的沉積時(shí)間來控制各區(qū)域沉積的膜厚，從而對(duì)膜層的厚度分布進(jìn)行調(diào)制；在基底的同一區(qū)域連續(xù)沉積多層不同膜料和厚度分布的膜層，從而得到多層浮雕結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜層。本發(fā)明在微/納浮雕結(jié)構(gòu)的制備方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101792111SQ20091024353
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者馮沁, 劉凱鵬, 劉堯, 劉玲, 方亮, 潘麗, 王長(zhǎng)濤, 羅先剛, 邢卉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所