[发明专利]基于移动编码掩模原理制备多层浮雕结构复合膜层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非均匀厚度薄膜的制作方法，尤其涉及一种基于移动编码掩模原理来制 备微/纳尺度的多层浮雕结构复合膜层的方法。

技术背景

微/纳元件尤其是微/纳光学元件，在科研、军事、民用等领域都具有巨大的应用潜力，例 如，应用于制作各种SPPs元器件、光学数据存储、超分辨成像、SPPs纳米光刻等方面。包含 多层浮雕结构复合膜层的微/纳元件的制备是研究的难点。现有的制作方法能够刻蚀出单层浮 雕结构的膜层或沉积多层均匀厚度的膜层，不过很难制备多层非均匀厚度的浮雕结构复合膜 层。若能够制作多层非均匀厚度的浮雕结构复合膜层，就可以制作出许多目前难以制作的复 杂结构的微/纳光学元件。

微/纳元件的制备方法主要分为两类，第一类是超精密机械加工技术，主要是利用刀具切 削材料表层使其达到所要求的形状。如金刚石车床等，适合加工单层浮雕结构，但其缺点是 只能制备一些对称回转表面；目前只能制备单层浮雕结构；能加工的材料种类局限于一些机 械性能好的材料。第二类是电子束/粒子束/激光直写技术、光刻技术、刻蚀技术等光学加工方 法。光学加工方法的优点是可以加工不规则的结构，缺点是加工工艺步骤繁多、刻蚀引起的 膜层厚度误差较大、难以制备多层非均匀厚度的微/纳结构。

例如采用二元光学技术、移动灰阶掩模光刻技术等方式均可以制作微米或亚微米尺度的 单层微/纳浮雕结构；但这些掩模光刻方法需要进行镀膜、涂胶、曝光、显影、刻蚀等繁杂步 骤，尤其是需要通过刻蚀才能将图形转移到基底上，很难精确控制较薄的膜层的刻蚀深度。 电子束直写技术、激光束直写技术、聚焦粒子束加工等直写技术可直接或间接在材料表面刻 蚀出微/纳浮雕结构。若用这些技术来制备多层多层浮雕结构复合膜层，加工成本很高且加工 效率低下；多次进行镀膜、曝光和刻蚀等工艺，尤其是在已有的浮雕结构膜层上进行以上工 艺，其下层膜层的形貌结构会严重影响后续膜层的涂胶、曝光的质量，无疑会给后续膜层的 制备带来非常大的厚度误差，多次重复刻蚀则会进一步放大这种误差。

一些微/纳元件尤其是微/纳光学元件，需要叠加多层非均匀厚度的膜层，而目前制备多层 非均匀厚度的膜层仍然是一个难题。因此，多层非均匀厚度薄膜的制作方法拥有很大的应用 价信。

综上所述，到目前为止，还没有一种工艺简单、适合在基底上直接沉积多层非均匀厚度 的浮雕结构复合膜层的加工方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于移动编码掩模原理制备多 层浮雕结构复合膜层的方法，

本发明的技术解决方案：基于移动编码掩模原理制备多层浮雕结构复合膜层的方法，包 括以下步骤：

(1)根据所制作的微/纳元件的各层膜层的界面函数，得到各层膜层的厚度分布函数， 即各层膜层的各个区域的厚度；所述的微/纳元件的各层膜层为具有连续浮雕结构、或多台 阶浮雕结构、或均匀厚度的膜层；

(2)根据具体的各膜层的厚度分布函数，确定该膜层所用的掩模开孔的形状和几何尺寸， 沿掩模移动的方向周期性地制备此形状和几何尺寸的掩模开孔；所述的掩模开孔为能通过沉 积粒子的通孔；所述膜层在平行于掩模移动方向的直线上的各点的膜层厚度相同；

(3)将掩模与基片平行放置，使掩模可相对基片匀速平移；

(4)通过掩模开孔以稳定的速率向基片定向沉积膜料，并在沉积过程中匀速平移掩模， 且掩模匀速平移的距离为掩模开孔周期的整数倍；通过掩模开孔的形状和几何尺寸调制基片 上各个区域沉积的膜厚，获得预定厚度分布的单层浮雕结构膜层；

(5)重复步骤(1)-(4)，在基片上连续沉积若干层预定膜料种类和厚度分布的单层 浮雕结构膜层，就可以获得多层浮雕结构复合膜层。