CN101981500A - 一种金属光学灰度掩模及其制作方法 - Google Patents

一种金属光学灰度掩模及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种金属光学灰度掩模包括在透明衬底上沉积一层金属薄膜,在金属薄膜表面进行激光直写,形成连续的、列阵式或任意图形的不同透明度的图形,其灰度值范围为3.0-0.05D,金属薄膜的厚度为5-100纳米。光学灰度掩模的制作方法包括采用常规半导体清洗工艺将所选择的透明衬底清洗干净,再在透明衬底上沉积金属薄膜,在金属薄膜上再进行激光直写,形成连续的、列阵式或任意图形的不同透明度的图形。这种灰度掩模价格低廉,防静电性能良好,分辨率能超过光学衍射极限。这种制备方法简单,有较宽的适用波段,用于微光学元件和微机电系统的大规模制作。

Description

一种金属光学灰度掩模及其制作方法 技术领域 本发明涉及一种光学灰度掩模,特别是涉及一种利用激光直写方法制作 的金属一金属氧化物体系光学灰度掩模及其制作方法。 背景技术
光学灰度掩模可以用于制作三维微纳米结构,特别是在微光学元件的制 作上有很大的优势, 它也能用于制作微机电系统。 光学灰度掩模是通过改变 掩模上不同位置的光透射率, 进而控制光学曝光时光刻胶上相应位置的曝光 强度, 实现三维加工的一种技术。 目前最为成功的灰度掩模技术有模拟灰度 掩模和高能束敏感(HEBS)玻璃。 其中模拟灰度掩模采用传统的光刻方法制 作,通过改变 Cr金属薄膜上亚波长开孔的大小或者密度而近似连续地改变光 透过率(Reimer K, Quenzer H J. , SPIE, 1997, 3008: 27902881) 0 这种方法的 主要缺点是工艺复杂: 它包括了常规光刻工艺中的所有步骤, 而且对掩模制 作的光刻工艺的分辨率要求很高, 相关的结构设计和灰度校正也比较复杂。 另一种广泛使用的灰度材料是 Canyon Mater ia l Inc.生产的 HEBS玻璃, 利用 高能电子束在材料上直写, 其中未曝光部分透明, 曝光部分由于分解产生银 粒子导致透射率下降, 其透射率的变化由曝光量决定 ( US patent, No. 5078771 , 1992 )0 然而该材料的制作非常复杂, 它采用了一种低 膨胀率的辞冕玻璃作为基片, 经抛光等处理之后, 将该基片置于一酸性溶液 中加热, 经长时间的离子交换而生成的一层典型厚度为 3微米厚的复杂晶体 层。 此外, 还需采用一些光钝化剂与之掺杂以增加其能带宽度。 由于制作复 杂, 其生产成本很高, 加上其采用真空电子束直写, 进一步提高了 HEBS玻璃 灰度掩模的价格。 因此, 上述的两种灰度掩模成本高昂, 很难在工业上大规 模应用。
因此, 开发低成本的光学灰度掩模具有非常重要的应用价值。 发明内容 本发明的目的在于: 提供一种在村底上制作一层纳米级厚度的 ( 100 纳米)金属薄膜, 利用激光束在金属薄膜上直写的方法制作的金属光学灰度 掩模, 该光学灰度掩模具有较大范围的灰度值, 可在 3. 0-0. 05 0D ( Opt ica l Dens i ty, 光密度) 范围内调节灰度值。 本发明的另一目的在于: 提供一种采用薄膜制备工艺, 在透明村底上制 作一层金属薄膜, 再采用激光束在金属薄膜表面直写工艺, 直接制成光学灰 度掩模的方法, 该方法真正实现了低成本的两步法制作光学灰度掩模。
本发明的目的是这样完成的: 本发明提供的金属光学灰度掩模(如图 1所示), 包括:一透明村底 12 , 以及在所述的透明村底上沉积一层金属薄膜 11 ; 其特征在于,根据预先设计 的灰度图形位图文件, 通过采用激光直写方法, 在所述的金属薄膜 11上形 成连续的、 列阵式或任意灰度图形, 所述的灰度图形的灰度值为 3. 0-0. 05 0D; 其中, 所述的金属薄膜 11的厚度为 5-100纳米。
在上述的技术方案中, 还包括一层加强膜 13 , 所述的加强膜 13设置在 透明村底 12上,在所述的加强膜 13上再沉积一层金属薄膜 11 ; 以增强金属 薄膜 11与透明村底 12的结合力, 所述的加强膜 13为金属 Cr或者 Ti薄膜, 其厚度在 5纳米以下。
在上述的技术方案中, 还包括一层透明保护层 14 , 所述的透明保护层 14设置在激光直写后的金属薄膜 11上, 以增加光学灰度掩模的耐用性; 该 透明保护层 14为工业标准的 ZnS_S i02、 S i02或者 GeNy ( 0. 5<y<l ), 其厚度 在 10-200纳米。
在上述的技术方案中, 还包括一层加强膜 13和透明保护层 14 , 所述的 加强膜 13设置在透明村底 12上, 在所述的加强膜 13上再沉积一层金属薄 膜 11 ; 所述的加强膜 13为金属 Cr或者 Ti薄膜, 其厚度在 5纳米以下; 在 激光直写后的金属薄膜 11上再沉积所述的透明保护层 14 ,该透明保护层 14 为工业标准的 ZnS_S i02、 S i02或者 GeNy ( 0. 5<y<l ), 其厚度在 10-200纳米。
在上述的技术方案中, 所述的透明村底 12为表面光滑的普通玻璃、 石 英玻璃、 石英片、 冕玻璃或 PC塑料基片。
在上述的技术方案中, 所述的金属薄膜 11为 Sn、 In或 InSn合金薄膜; 其中, 所述的 InSn合金中的 In和 Sn的原子比可任意调节。 本发明提供的制备金属光学灰度掩模的方法, 包括以下步骤:
1 )清洗村底: 采用常规半导体清洗工艺将所选择的透明村底清洗干净;
2 )沉积金属薄膜: 在步骤 1 ) 清洗干净的透明村底上, 利用薄膜沉积 工艺沉积厚度为 5-100纳米的金属薄膜, 所述的金属薄膜为 Sn, In或 InSn 合金薄膜;
3 )在步骤 2 )所沉积的金属薄膜上, 根据预先设计的灰度图形位图文 件, 采用激光直写系统, 使脉沖激光逐点或者连续激光逐线在金属薄膜 11 上直写的方式制作成灰度掩模; 其中,激光功率的设置和目标图象的灰度的 对应关系为一单调函数; 实现激光功率和目标灰度图象良好的对应关系, 以 满足 3D结构的制备要求。
在上述的技术方案中, 还包括步骤 2-1 ), 在透明村底 12上采用薄膜沉 积方法, 先沉积一层加强膜 13; 在所述的加强膜 13上再沉积金属薄膜 11 ; 以增强金属薄膜 11与透明村底 12的结合力; 其中, 所述的加强膜 13为金 属 Cr薄膜, 加强膜 13的厚度在 5纳米以下。 在上述的技术方案中, 还包括步骤 4 ), 将经过步骤 3 )激光直写完成后 的金属薄膜 11上, 再沉积一层透明保护层 14 , 以增加光学灰度掩模的耐用 性; 该透明保护层 14为工业标准的 ZnS-S i02、 S i02或者 GeNy ( 0. 5<y<l )材 料, 其厚度在 10-200纳米。
在上述的技术方案中,还包括步骤 2-1 )在透明村底 12上采用薄膜沉积 方法, 先沉积一层加强膜 13 , 其中, 加强膜 13的厚度在 5纳米以下; 在所 述的加强膜 13上再沉积金属薄膜 11 ; 以及还包括步骤 4 ), 在经过步骤 3 ) 激光直写后的金属薄膜 11上再沉积所述的透明保护层 14 ,该透明保护层 14 为工业标准的 ZnS-S i02、 S i02或者 GeNy其中, 0. 5<y<l , 该透明保护层 14的 厚度在 10-200纳米。 在上述的技术方案中, 所述的激光直写的方法为薄膜表面直写方式, 或 透过村底直写方式; 其中, 表面直写方式为激光束在金属薄膜正面直写, 激 光光束不穿过村底直接在金属薄膜表面聚焦; 其中, 透过村底直写方式为激 光束穿过村底后聚焦在金属薄膜上的直写方式。
所述的激光直写方式采用样品移动的方式, 刻写开始后, 样品台带动置 于物镜焦点处的样品移动, 同时输出激光以实现灰度掩模的制作; 或者透过 村底直写; 所述的样品移动的方式是在刻写前首先将待刻写的图形文件进行 分析,选取最优刻写路径,生成一个位图文件,该位图文件包含有刻写路径, 灰度与功率的对应关系等信息,再在纳米移动台的驱动下根据位图文件在当 前刻写点的灰度值输出相应功率, 沿刻写路径刻样品; 这是本专业技术人员 可以实施的。 在上述的技术方案中, 所述的单调函数视所需制作的 3D结构的表面结 构的工艺需求, 设为线性函数或者是非线性函数。
在上述的技术方案中, 所述的激光功率的选取范围与村底材料、 金属薄 膜种类及金属薄膜厚度有关, 激光功率在 0. 3-1 00毫瓦范围之内, 高功率对 应高的透射率; 其中激光功率的设置和目标灰度图象的灰度的对应关系为一 单调函数, 通过灰度校正, 可以在空间上将灰度与激光功率的函数关系设为 线性函数, 二次函数等多种函数, 也可以是分段函数, 其目的是满足激光功 率和目标灰度图象良好的对应关系, 以制作特殊曲面的 3D结构。 在上述的技术方案中, 刻写时金属表面的激光的光点大小根据光学衍射 极限的原理(D=0. 61 λ /ΝΑ , 其中 D是光点直径, λ是激光的波长, NA是光 学系统的数值孔径)确定。 通常情况下激光的光点大小可以大于光学衍射极 限。
所述的脉沖激光的脉沖宽度范围与金属材料的厚度和种类有关,通常脉 沖激光的脉沖宽度选取范围为 1-1 06纳秒, 但理论上可用的脉沖宽度可覆盖 任意时间段, 不受限制。
所述的连续激光的扫描速度与金属材料的厚度和种类有关,通常连续激 光的扫描速度为 1微米 -1 0厘米 /秒, 但理论上扫描速度不受限制。
所述的脉沖激光束步长依据灰度可任意调节,通常激光束移动步长设置 为 20-1 000纳米, 为刻写连续灰度的掩模, 激光步长控制在激光的光点大小 之内, 最常用激光束移动步长数值为 50-300 纳米。
所述的光学灰度掩模的应用范围为可见光波段和 300纳米以上的近紫外 波段。
本发明采用的在透明村底上沉积的金属薄膜,在热的作用下转变为相应 的氧化物。 当激光作用在金属薄膜上时, 其被吸收的光能量部分将转化为热 量, 从而实现作用点上的光致热氧化反应。 在激光直写装置的光路系统中, 激光的光点大小是确定的, 通过调制激光功率和脉沖宽度, 可以方便地调节 激光在金属薄膜上曝光点的氧化程度, 从而调节该点的透射率。 激光作用点 的大小与激光波长在同一量级。 决定掩模局部透射率的参数还与样品移动台 的移动步长大小有关, 步长小能获得高的透射率。 金属薄膜的热氧化需要一 个激光功率阈值,该阈值对应于相应金属的氧化物或者某一氧化物的反应活 化能。 灰度大小主要由高于上述功率阈值的激光功率决定, 其中高透射率部 分对应高的激光功率, 低透射率部分对应于低的激光功率, 对应关系为一单 调函数。 该反应活化能的阈值的存在还能使刻写的分辨率小于激光光点大 小, 最小可达 1 00纳米的分辨率。 本发明相对已有技术具有如下优点: 本发明提供的金属薄膜灰度掩模的主要结构, 仅由两层结构组成, 包括 村底和金属薄膜, 成份筒单; 制备技术成熟; 直接在空气中完成制作; 稳定 性好; 防静电; 有 4艮高的光学分辨率, 可达到 1 00纳米; 具有超快的响应速 度, 最小可达 30纳秒以内。
1. 本发明的光学灰度掩模仅由两层结构组成, 包括村底和金属薄膜, 该金属光学灰度掩模可以真正实现两步制作, 即金属薄膜的沉积和激光直 写。 相对于已有的 HEBS玻璃的制作工序筒单, 而 HEBS玻璃的制作工序艮复 杂, 不是真正的两步工序。
2. 由于金属薄膜具有对激光的超快的响应速度, 因此使得该掩模的制 作过程快速;制备过程在空气中完成,不需要复杂的真空系统和电子束系统; 且分辨率可超过光学衍射极限, 达到 1 00纳米, 这和氧化反应的活化能以及 激光束能量的高斯分布相关。
3. 本发明的金属光学灰度掩模的制作方法, 只需毫瓦量级的激光功率, 通常用玻璃、 塑料片等导热性差的非晶村底所需的激光功率在 1-1 0毫瓦之 间, 用导热性较好的透明晶体村底所需的功率也在 1 00毫瓦以下, 大量节省 能源。
4. 本发明提供的金属光学灰度掩模制作方法, 可以制作任意图形的复 杂灰度掩模, 大幅降低制作成本。
5. 本发明提供的金属光学灰度掩模有较大范围的灰度值, 可在
3. 0-0. 05 0D范围内调节灰度值。 6. 本发明提供的金属光学灰度掩模由于金属及所涉及的氧化物的良好 的导电性能, 有 4艮好的防静电性能。
7. 本发明提供的金属光学灰度掩模能在较宽的波段范围内使用, 使用 波段可从 300-800纳米。 附图说明
图 la 本发明的一种金属光学灰度掩模结构示意图
图 lb 本发明的另一种金属光学灰度掩模结构示意图 (带有加强层的) 图 l c 本发明的另一种金属光学灰度掩模结构示意图 (带有保护层的) 图 Id 本发明的又一种金属光学灰度掩模结构示意图 (带有加强层又带 有保护层的)
图 2a本发明的金属光学灰度掩模的一种薄膜表面直写制作方法示意图。 图 2b本发明的金属光学灰度掩模的一种透过村底直写制作方法示意图。 图 3a本发明制作的一种具有条形阵列的金属光学灰度掩模。
图 3b用图 3a金属光学灰度掩模制备的楔形微结构的轮廓图。
图 4a 本发明制作的一种灰度圓形阵列掩模。
图 4b 采用图 4a的金属光学灰度掩模制作的微透镜阵列的形貌像。 图 5 本发明制作的一种 5级金属光学灰度掩模。
图 6 本发明的一种 20纳米厚的 Sn薄膜制作的金属光学灰度掩模的 0D- 功率关系, 以及灰度校正前后的掩模及对应的 3D结构的形貌图。 图 7 本发明制作的一种任意图形的金属光学灰度掩模。
图面说明如下:
11 -金属薄膜 12 -村底 13-加强层 14-保护层 具体实施方式
以下结合制备方法和附图对本发明金属光学灰度掩模进行详细地说明: 实施例 1
本实施例的金属光学灰度掩模由透明村底 12 , 和在透明村底 12上沉积 一层 Sn金属薄膜 11 , 并在 Sn金属薄膜 11采用激光直写方法制出图 1组成 的灰度掩模; 其中, 透明村底 12为石英玻璃。 Sn金属薄膜 11 的厚度为 5 或 20纳米; 激光直写时采用的激光功率为 1-5毫瓦, 激光脉沖宽度为 230 纳秒, 采用的样品移动步长为 150纳米; 在该 Sn金属薄膜 11上, 对金属薄 膜表面进行激光直写或者透过村底直写,制成图 1所示的金属光学灰度掩模。
参考图 la , 对图 la的金属光学灰度掩模的制备方法进行说明: 首先, 选取选用具有表面平整(粗糙度小于 2纳米)和高透射率(95% ) 的普通玻璃、 石英片、 冕玻璃或 PC塑料基片等均可以, 优选表面平整和高 透射率 (95% ) 的 1毫米厚的石英玻璃作为透明村底 12;
然后, 采用常规的半导体清洗工艺将石英玻璃村底 12清洗干净, 利用 真空溅射制备薄膜工艺, 在清洗干净的透明村底 12上, 沉积一层厚度为 5 或 20纳米的 Sn金属薄膜 11 : 还可以沉积的金属薄膜 11为 In或 InSn合金 薄膜; InSn合金中的 In和 Sn的原子比可任意调节, 得到的是金属 In和金 属间化合物的混合膜, 或者金属间化合物的混合膜, 或者金属间化合物和金 属 Sn的混合膜。 该薄膜无明显分层, 属单层结构。 优选金属薄膜 Sn, 例如 厚度为 5、 20、 100纳米;
最后, 根据本实施例制备的金属 Sn薄膜厚度, 采用激光直写时的相应 的激光功率范围分别为 1-5毫瓦, 采用的激光脉沖宽度为 230纳秒, 采用的 样品移动步长为 150纳米; 在该 Sn金属薄膜 11表面激光直写, 或者采用激 光透过村底直写, 制成图 1所示的光学灰度掩模。 该光学灰度掩模具有连续 灰度, 制备筒单等优点。 其中, 采用激光直写装置, 例如专利申请号: 200720072320. 3的装置,制备本发明的金属光学灰度掩模。刻写方式采用样 品移动的方式, 刻写开始后, 样品台带动置于物镜焦点处的样品移动, 同时 输出激光以实现灰度掩模的制作。 刻写前首先将待刻写的图形文件进行分 析, 选取最优刻写路径, 选择合适的灰度范围, 生成一个位图文件; 该位图 文件包含有刻写路径, 灰度与功率的对应关系等信息; 根据改位图文件, 再 在纳米移动台的驱动下根据图形文件在当前刻写点的灰度值输出相应功率, 沿刻写路径刻样品; 这是本专业技术人员可以实施的。
参考图 2a和图 2b,具体制备本实施例的金属光学灰度掩模的步骤如下:
1 )清洗村底 12: 采用常规半导体清洗工艺将所选择的透明村底清洗干 净; 例如: 采用在有机溶剂中超声清洗;
2 )沉积金属薄膜 11 : 采用常规真空溅射工艺制备薄膜方法, 在步骤 1 ) 清洗干净的透明村底 12上沉积厚度为 5、 20或 100纳米的 Sn金属薄膜 11 ;
3 ) 在步骤 2 )所沉积的 Sn金属薄膜 11上, 采用激光直写装置, 例 如专利申请号: 200720072320. 3的装置,在 Sn金属薄膜 11上直写制作灰度 掩模, 制作时根据实际的样品厚度选取不同的刻写功率。 例如金属 Sn薄膜 厚度为 5、 20、 100纳米, 采用激光直写时的相应的激光功率范围分别为 1-5 毫瓦、 1-10毫瓦和 2-100毫瓦, 激光光点的大小为 350纳米, 采用的激光脉 沖宽度为 230纳秒, 采用的样品移动步长为 150纳米; 在该 Sn金属薄膜 11 上, 采用薄膜表面直写或者透过村底直写, 制成图 1所示的金属光学灰度掩 模。
以下描述的图 1 b-图 Id的金属光学灰度掩模的制备工艺同实施例 1. 参考图 lb , 制备如图 lb所示本发明的另一种金属光学灰度掩模, 该光 学灰度掩模还包括在上述图 la的金属氧化物光学灰度掩模中, 采用真空溅 射工艺制备在村底 12上向沉积一层金属 Cr的加强膜 13 , 然后在加强膜 13 上再沉积厚度为 5、 20、 100纳米 Sn金属薄膜 11 ; 以增强金属薄膜 11与村 底 12的结合力, 所述的加强膜 13厚度在 5纳米以下, 例如 5纳米、 4. 5纳 米、 3纳米、 2. 5纳米、 2纳米或 1纳米都可以。
参考图 lc , 制备如图 1 c所示本发明的另一种金属光学灰度掩模, 该光 学灰度掩模还包括在上述图 la的金属氧化物光学灰度掩模中, 在激光直写 完成后的金属薄膜 11上再沉积一层透明保护层 14 , 以增加光学灰度掩模的 耐用性;本实施例中该透明保护层 14为工业标准的 ZnS-S i02、 S i02或者 GeNy ( 0. 5<y<l )材料都可以, 其厚度在 10-200纳米。
参考图 Id , 制备如图 1 d所示本发明的又一种金属光学灰度掩模, 该光 学灰度掩模还包括在上述图 la的金属氧化物光学灰度掩模中, 既增加一金 属 Cr或者 Ti的加强膜 13 , 并且又设置一层透明保护层 14 , 该加强膜 13设 置在村底 12上, 在加强膜 13上再沉积厚度为 5、 20、 100纳米 Sn金属薄膜 11; 以增强金属薄膜 11与村底 12的结合力, 所述的加强膜 13厚度在 5纳 米以下, 例如 5纳米、 4. 5纳米、 3纳米、 2. 5纳米、 2纳米或 1纳米都可以; 然后在 Sn金属薄膜 11上进行激光直写, 再在激光直写完成后 Sn金属薄膜 11上沉积一层 ZnS-S i02透明保护层 14 , 该透明保护层 14的厚度为 10或 50 纳米。
用于加工的激光功率和灰度值之间不一定成线性关系(或某一特定的函 数关系), 但可以通过灰度的非线性校正, 即激光功率在空间上的非线性对 应而使灰度在空间上具有线性关系(或某一特定的函数关系以满足特殊三维 曲面的要求)。 实施例 2
参考图 2a和图 2b, 在清洁的石英村底 12上用直流磁控溅射法沉积 In 金属薄膜 11,例如厚度为 50纳米。然后采用上述的激光直写装置制作掩模, 与上述厚度相对应的激光功率范围为 0.3-4毫瓦, 1-10毫瓦, 1-70毫瓦。 采用的激光脉沖宽度为 100纳秒, 1微米, 1毫秒都可以, 采用的样品移动 台步长为 50纳米, 200纳米, 300纳米都可以。 其它具体制作方式同实施例 1。 实施例 3
参考图 2b, 在石英玻璃村底 12上用射频磁控溅射法沉积一层 2纳米厚 的 Cr加强膜, 再沉积一层 InSn (原子比例 1: 1 )金属薄膜 11, 例如厚度为 5、 20、 100纳米; 在进行激光直写工艺中, 相应的制作灰度掩模的激光功率 为 1-5毫瓦、 1-4毫瓦、 1-20毫瓦。采用的连续激光刻写,线条间步长为 350 纳米。 激光直写结束后, 采用射频磁控溅射法, 再在金属薄膜 11上沉积一 层 ZnS-Si02的保护层 14, 该保护层 14的厚度为 100或 200纳米。 其它具体 制作方式同实施例 1。 实施例 4
参考图 1, 图 2, 图 3a,图 3b和图 4, 在清洁的石英村底 12上沉积 20 纳米的金属 Sn薄膜 11。 掩模制作采用的激光功率为 1-4毫瓦, 脉沖宽度为 1毫秒,样品移动的步长为 100纳米。 制作成图 3 (a)中的灰度条作为掩模, 并用该掩模在 SU-8光刻胶上制得三维楔形结构, 图 3 ( b )是用图 3a金属光 学灰度掩模, 即本实施例制备的金属光学灰度掩模制备的楔形微结构的轮廓 图; 该金属光学灰度掩模的其它具体制作工艺同实施例 1。 实施例 5
参考图 2a, 用射频磁控溅射法在玻璃村底 12上沉积 30纳米厚的 InSn 金属薄膜 11, In和 Sn的摩尔比为 1: 9, 2: 8, 4: 6, 7: 3, 9.5: 0.5都可以. 灰度掩模制作采用的连续激光直写, 激光功率为 1-10 毫瓦, 样品移动速度 为 200微米 /秒; 或者激光功率 2-30毫瓦, 样品移动速度为 10厘米 /秒。 其 它具体制作方式同实施例 1。 实施例 6
参考图 2b和图 5 ,用射频磁控溅射法在玻璃村底 12上沉积 20纳米厚的 In金属薄膜 11。 灰度掩模制作采用的激光功率为 2-8毫瓦, 激光脉沖宽度 为 200纳秒, 样品移动的步长为 150纳米, 制作复杂的明场灰度掩模。 并在 金属薄膜 11表面沉积一层 20纳米的 S i02保护层。其它具体制作方式同实施 例 1。 实施例 7
参考图 2和图 6 , 用射频磁控溅射法在石英玻璃村底 12上沉积金属 Sn 薄膜 11 ,其厚度为 20纳米。灰度掩模制作采用的激光功率为 0. 5-3. 75毫瓦, 激光脉沖宽度为 1毫秒,样品移动的步长为 200纳米, 5个灰阶的灰度掩模。 其中图 6给出了该掩模对应的激光功率和光密度关系曲线, 同时比较了非线 性灰度校正前后的灰度掩模及其制作的三维微结构的效果,证实灰度校正是 有效的。 其它具体制作方式同实施例 1。 实施例 8
参考图 2和图 7 , 用射频磁控溅射法在石英玻璃村底 12上沉积 20 nm 金属 Sn薄膜 11。 采用的激光功率为 3-8毫瓦, 激光脉沖宽度为 230纳秒, 样品移动的步长为 150纳米。 其它具体制作方式同实施例 1。 本发明的灰度掩模是基于金属材料不透明,在纳米级厚度的金属薄膜仅 有较小的透射率。 而很多金属氧化物是透明的, 特别是氧化锡, 氧化铟等高 透射率氧化物。 鉴于金属薄膜和金属氧化物薄膜巨大的光学性能差异, 通过 逐渐调整薄膜上不同位置上的金属及其氧化物的配比, 实现其透射率的渐 变, 根据相应目标图形的灰度值, 控制激光功率或者脉沖宽度或者样品移动 台的步长, 从而调节金属薄膜上各个位置的氧化程度进而调节透明度, 最终 实现金属光学灰度掩模的制作。 本发明涉及的光学灰度掩模采用 In, Sn和 InSn合金薄膜作为灰度介质。 本发明涉及的实施方式还可以多样化,金属薄膜的沉积方法除了用磁控 溅射法,还可以用离子溅射、 电子束蒸发、激光束蒸发、 热蒸镀等方式制备。 采用的村底也可以多样化, 可以是普通玻璃, 石英玻璃, 石英片, 冕玻璃,
PC塑料基片等多种无机和有机材料村底。在上述实施例中所用的激光直写的 方法除薄膜表面直写方式, 还可以采用透过村底直写方式; 其中, 表面直写 方式为激光束在金属薄膜正面直写,激光光束不穿过村底直接在金属薄膜表 面聚焦; 其中, 透过村底直写方式为激光束穿过村底后聚焦在金属薄膜上的 直写方式; 这是本专业技术人员可以实施的。
本发明的制备方法中其灰度的控制在于,通过调整目标位置的脉沖激光 功率, 激光光点大小, 脉沖宽度, 样品移动步长实现。 或者其灰度的控制在 于通过目标位置上的连续激光的激光功率, 光电大小和扫描速度实现。 当然, 本发明还可有其他多种实施例, 在不背离本发明精神及其实质的 型, 但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

  1. 权 利 要 求
    1. 一种金属光学灰度掩模, 包括: 一透明村底(12 ), 以及在所述的透 明村底上沉积一层金属薄膜(11 ); 其特征在于, 根据预先设计的灰度图形 位图文件, 通过采用激光直写方法在所述的金属薄膜(11 )上形成连续的、 列阵式或任意灰度图形, 所述的灰度图形的灰度值为 3. 0-0. 05 0D; 其中, 所述的金属薄膜( 11 ) 的厚度为 5-100纳米。
  2. 2.按权利要求 1所述的金属光学灰度掩模, 其特征在于, 还包括一层加 强膜(13 ), 所述的加强膜(13 )设置在透明村底(12 )上, 在所述的加强 膜( 13 )上再沉积一层金属薄膜( 11 ); 所述的加强膜( 13 )为金属 Cr或者 Ti薄膜, 其厚度在 5纳米以下。
  3. 3.按权利要求 1所述的金属光学灰度掩模, 其特征在于, 还包括一层透 明保护层( 14 ) ,所述的透明保护层( 14 )设置在激光直写后的金属薄膜( 11 ) 上;该透明保护层( 14 )为工业标准的 ZnS- S i0<sub>2</sub>、 S i0<sub>2</sub>或者 GeN<sub>y</sub>其中, 0. 5<y<l ; 该透明保护层( I<sup>4</sup> ) 的厚度在 10_<sup>2</sup>00纳米。
  4. 4.按权利要求 1所述的金属光学灰度掩模, 其特征在于, 还包括一层加 强膜( 13 )和透明保护层( 14 ), 所述的加强膜( 13 )设置在透明村底( 12 ) 上,在所述的加强膜( 13 )上再沉积一层金属薄膜( 11 ); 所述的加强膜( 13 ) 为金属 Cr或者 Ti薄膜,其厚度在 5纳米以下;在激光直写后的金属薄膜( 11 ) 上再沉积一层透明保护层(14 ), 所述的透明保护层(14 ) 为工业标准的 ZnS_S i0<sub>2</sub>、 S i0<sub>2</sub>或者 GeN<sub>y</sub>其中, 0. 5<y<l ,该透明保护层( 14 )的厚度在 10-200 纳米。
  5. 5.按权利要求 1所述的金属光学灰度掩模, 其特征在于, 所述的透明村 底(12 ) 为表面光滑的普通玻璃、 石英玻璃、 石英片、 冕玻璃或 PC塑料基 片。
  6. 6.按权利要求 1所述的金属光学灰度掩模, 其特征在于, 所述的金属薄 膜(11 ) 为 Sn、 In或 InSn合金薄膜。
  7. 7.—种制备金属光学灰度掩模的方法, 包括以下步骤:
    1 ) 清洗村底: 采用常规半导体清洗工艺将所选择的村底清洗干净; 2 )沉积金属薄膜: 在步骤 1 )清洗干净的村底上, 利用薄膜沉积工艺沉 积厚度为 5-100纳米的金属薄膜, 所述的金属薄膜为 Sn, In或 InSn合金薄 膜;
    3 )在步骤 2 )所沉积的金属薄膜上,根据预先设计的灰度图形位图文件, 采用激光直写系统, 使脉沖激光逐点或者连续激光逐线在金属薄膜 11上, 进行激光直写的方式制作成灰度掩模; 其中激光功率的设置和目标灰度图象 的灰度的对应关系为一单调函数; 实现激光功率和目标灰度图象良好的对应 关系, 以满足 3D结构的制备要求;。
  8. 8.按权利要求 7所述的制备金属光学灰度掩模的方法, 其特征在于, 还 包括步骤 2-1 ), 在村底( 12 )上采用薄膜沉积方法沉积一层加强膜(13) , 其 中, 加强膜(13)的厚度在 5纳米以下; 在所述的加强膜(13)上再沉积金属薄 膜(11) ; 所述的加强膜(13)为金属 Cr或者 Ti薄膜。
  9. 9.按权利要求 7所述的制备金属光学灰度掩模的方法, 其特征在于, 还 包括步骤 4 ) , 将经过步骤 3 )激光直写完成后的金属薄膜(11)上再沉积一层 透明保护层(14) ;该透明保护层(14 )为工业标准的 ZnS-S i0<sub>2</sub>、 S i0<sub>2</sub>或者 GeN<sub>y</sub>
    ( 0. 5<y<l )材料, 其厚度在 10-200纳米。
  10. 10.按权利要求 7所述的制备金属光学灰度掩模的方法, 其特征在于, 还包括步骤 2-1 )在透明村底 12上采用薄膜沉积方法沉积一层加强膜 13 , 其中, 加强膜 13的厚度在 5纳米以下; 在所述的加强膜 13上再沉积金属薄 膜 11 ; 以及还包括步骤 4 ), 在经过步骤 3 )激光直写后的金属薄膜 11上再 沉积所述的透明保护层 14 , 该透明保护层 14为工业标准的 ZnS-S i0<sub>2</sub>、 S i0<sub>2</sub> 或者 GeN<sub>y</sub>其中, 0. 5<y<l , 该透明保护层 14的厚度在 10-200纳米。 11.按权 利要求 7所述的制备金属光学灰度掩模的方法, 其特征在于, 其特征在于, 所述的透明村底(12 )为表面光滑的普通玻璃、 石英玻璃、 石英片、 冕玻璃 或 PC塑料基片。
  11. 12.按权利要求 7所述的制备金属光学灰度掩模的方法, 其特征在于, 所述的金属薄膜(11 ) 为 Sn、 In或 InSn合金薄膜。
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