一种制备多材料分区组成的薄膜层的掩膜方法
【技术领域】
[0001]本发明属于薄膜制备领域，具体涉及一种制备多材料分区组成的薄膜层的掩膜方法。
【背景技术】
[0002]在薄膜的生产制备过程中，通常需要使同一层薄膜由多种不同材料分区域组成。目前主要利用光刻掩膜技术解决此问题，其基本思路是先在基底上镀一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过掩膜板照射到光刻胶上，将光刻胶未被掩膜板遮盖的区域腐蚀，再用清洗液将腐蚀的光刻胶除去，露出下面的基片，然后沉积粒子，就形成了由光刻胶和某种材料组成的混合膜层。这种光刻的方法存在诸多缺点:首先，当混合层中要求的材料种类繁多，且不允许包含光刻胶时，使用这种方法就得考虑怎么将那些未发生光-化学反应的光刻胶除去，且不影响已沉积的材料，而且材料种数的增加会使整个工艺过程变得格外复杂；其次要求承载光刻胶的基底也具有耐腐蚀性，这就限制了基底材料的选择，更不允许以易腐蚀的薄膜层作为多材料混合膜的下层；再次，这种光刻方法涉及到光-化学反应、腐蚀清洗液等，易在薄膜中引入其他杂质。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种制备多材料分区组成的薄膜层的掩膜方法。
[0004]本发明的制备多材料分区组成的薄膜层的掩膜方法，依次包括以下步骤:
(a)将单晶硅基底固定于支撑架上，置于镀膜装置的粒子照射区；
(b)取二氧化硅薄片，根据要制备的多材料分区组成的薄膜层中第一种材料的边界轮廓，在二氧化硅薄片上加工与之位置、形状、大小完全相同的开孔区域，作为第一块掩膜板；
(C)将第一块掩膜板覆盖在单晶硅基底上，覆盖时使掩膜板侧边定位销沿支撑架定位槽由上往下嵌入，覆盖后将掩膜板和单晶硅基底夹紧；
(d)沉积多材料分区组成的薄膜层中第一种薄膜材料；
(e)取下第一块掩膜板；
(f)参照步骤(b)~(e)，沉积多材料分区组成的薄膜层中第二种薄膜材料；
(g)参照步骤(b)~(e)，沉积多材料分区组成的薄膜层中第三种薄膜材料；
(h)参照步骤(b)~(e)，沉积其余薄膜材料直到多材料分区组成的薄膜层制备完成。
[0005]所述的多材料分区组成的薄膜层为由两种或以上材料分区域组成的单层薄膜。
[0006]所述的多材料分区组成的薄膜层厚度小于I微米。
[0007]所述的薄膜材料包括金、银、铜、氮化硅、氧化钛、氧化铝。
[0008]所述的单晶硅基底为形状规则的平面基底。
[0009]所述的镀膜装置包括真空磁控溅射镀膜装置、真空化学气相沉积镀膜装置、真空离子蒸发镀膜装置。
[0010]所述的二氧化硅薄片的长、宽分别与单晶硅基底的长、宽相等，且厚度小于0.3毫米。
[0011]利用本发明的方法，在制备多材料分区组成的薄膜层之前，须根据欲制备的薄膜产品的要求，选用合适的基底、支撑架，并生产对应的掩膜板。基底材料一般选用单晶硅；选择支撑架时，不仅要求其适用于当前的镀膜装置，还要求其有一定的固定、定位功能(例如定位槽)，可以将基底、掩膜板按指定位置固定在支撑架上，防止基底、掩膜板在镀膜过程中发生位置变化，这样才能确保掩膜精度；掩膜板须根据欲制备的多材料分区组成的薄膜层中每种材料的边界轮廓进行定制，一种材料对应一块掩膜板。定制时，选用不易变形的、厚度小于0.3毫米的脆性材料(一般选用二氧化硅)，先加工成与基底形状、大小完全相同的薄板，再在其上加工出与多材料分区组成的薄膜层中某一种材料边界轮廓的位置、形状、大小完全相同的开孔区域，作为多材料分区组成的薄膜层中这种材料对应的掩膜板。同理，继续定制生产多材料分区组成的薄膜层中其他各种材料对应的掩膜板。最后将所有这些掩膜板组成一套掩膜板，仅供制备与之对应的多材料分区组成的薄膜层时使用。若欲制备的多材料分区组成的薄膜层中每种材料的分布发生改变，则须重新定制生产对应的掩膜板。
[0012]利用本发明的方法，在制备多材料分区组成的薄膜层的过程中，先将基底固定于支撑架上，移动至镀膜装置的粒子照射区。可根据薄膜产品需要，在基底上预先沉积只含一种材料的薄膜，这个过程与传统的镀膜方法相同。当需要制备多材料分区组成的薄膜层时，就需要使用根据此多材料分区组成的薄膜层定制生产的一套掩膜板。首先取出这套掩膜板中的任意一块，放置在基底上方，使掩膜板与基底上表面或基底上已存在的膜层贴合，保证掩膜板与基底的外边缘精准对齐，并使用支撑架将掩膜板固定、与基底简单夹紧。然后将带掩膜板、基底的支撑架移至粒子照射区，沉积与当前基底上掩膜板相对应的多材料分区组成的薄膜层中的材料。待沉积完成之后，将基底上的掩膜板取下，标记为已使用。然后从未使用的掩膜板中取出另外一块，参照以上相同的方法，更换至基底上方，连同支撑架一起移至粒子照射区，沉积另一种多材料分区组成的薄膜层中的材料。以相同的方法，直到多材料分区组成的薄膜层中所有材料沉积完成。最后，还可根据实际产品需求，在多材料分区组成的薄膜层上继续沉积其他薄膜层。
[0013]本发明中，若欲制备的多材料分区组成的薄膜层的面积相对于基底面积很小，则可在定制此多材料分区组成的薄膜层对应的掩膜板过程中，将每块掩膜板上的开孔区域以相同的方式阵列:即每块掩膜板上开有多个形状完全相同的孔，且所有掩膜板上的多孔排布方式完全相同。这样就能在一次薄膜制备过程中，同时生产多个完全相同的多材料分区组成的薄膜层产品，提高了生产效率。
[0014]本发明具有很多优点:(1)制备多材料分区组成的薄膜层时，不使用光刻胶，不会影响已沉积的薄膜材料；(2)由于不使用光刻胶，就不存在胶的腐蚀问题，因此薄膜材料选择更为广泛，且对基底要求不高；(3)制备的多材料分区组成的薄膜层中各种材料在各自的指定区域内纯度较高；(4)掩膜方法、过程采用纯机械的方式，方法本身及借用的辅助工具(基底、掩膜板、支撑架)均简单、易用、可靠，相比于传统的光刻掩膜技术，大幅简化了工艺流程、降低了杂质含量、生产成本。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例1中的掩膜机构示意图；
图2为本发明实施例1中的整套掩膜板叠放剖视图；
图3为本发明实施例1中的广品不意图；
图中，1.支撑架 2.单晶硅基底 3.掩膜板 4.定位槽 5.定