用于超高真空互联装置中的掩模版的制作方法

本实用新型涉及一种掩膜版，特别涉及一种用于超高真空互联装置中图形转移的掩模版，属于微纳图形加工技术领域。

背景技术：

超高真空互联装置是通过超高真空管道，将具有材料生长、器件加工、测试分析等不同功能的设备相互连接为一体的纳米领域大科学装置，能够有效解决传统超净间模式中难以解决的尘埃、表面氧化和吸附等污染问题，为科学研究、高新技术开发提供多功能、高效率、超洁净的实验平台。

图形化工艺是微纳加工中的重要一步，传统的光刻等图形转移方式由于本身局限性，并不适用于超真空互联装置中；而且传统工艺工序复杂，需要使用光刻胶或其他材料作为图形化掩膜层，容易引入的材料表面污染和结构损伤，造成材料的本征物理和化学性质的改变，影响了产品的性能和成品率。

目前，仍很难在超高真空互联装置中进行简便、重复性高、稳定可靠的图形转移，并制备出性能优异的图形化产品。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种用于超高真空互联装置中的掩模版，以在超高真空互联装置中来实现图形转移的掩膜版，解决真空互联装置中的图形化问题，从而克服了现有技术的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型提供了一种用于超高真空互联装置中的掩模版，包括：一个以上图形化三维微通孔结构，所述图形化三维微通孔结构与所需二维图形相对应，并用以在超高真空环境中进行图形化转移。

进一步的，所述掩膜版具有单层片状结构、多层片状结构或复合层片状结构。

进一步的，所述掩膜版包括复数个图形化的三维微通孔结构，并且所述三维微通孔结构由相应的梁臂结构支撑。

优选的，所述梁臂结构分布于所述三维微通孔结构周围。

在一些较为具体的实施方案中，所述掩膜版包括层叠设置的第一结构层和第三结构层，所述三维微通孔结构包括设于第一结构层内的第一连接孔和设于第三结构层内的微通孔，所述第一连接孔和微通孔依次连通。

进一步的，所述掩膜版包括依次层叠设置的第一结构层、第二结构层和第三结构层，所述三维微通孔结构包括设于第一结构层内的第一连接孔、设于第二结构层内的第二连接孔和设于第三结构层内的微通孔，所述第一连接孔、第二连接孔和微通孔依次连通。

进一步的，所述掩膜版包括依次层叠设置的第一结构层、第二结构层和第三结构层，所述三维微通孔结构包括设于第一结构层内的第一连接孔、设于第二结构层内的微通孔和设于第三结构层内的第二连接孔，所述第一连接孔、微通孔和第二连接孔依次连通。

在一些较为具体的实施方案中，所述掩膜版包括层叠设置的复数个结构层，且所述掩膜版具有相背对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面上形成第一连接孔，所述第二表面上形成有第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔均为盲孔，所述第一连接孔和第二连接孔之间经隔离机构相互隔离，且所述隔离机构上分布有微通孔，所述第一连接孔和第二连接孔经所述微通孔相互连通。

进一步的，所述三维微通孔结构的形状包括方形、圆形、长条形、环形和三角形中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述掩膜版的厚度大于0而小于10mm。

进一步的，所述掩膜版的平面度小于10％。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：本实用新型提供的掩模版能有效解决高真空环境下图形转移的问题；并且所述掩膜版结构简单、价格低廉，制备工艺简单，使用方便，可以循环利用，绿色环保；同时可以简化传统图形化的工艺，避免传统光刻工艺中光敏材料的涂覆和去除所带来的器件表面污染和结构损伤的问题。

附图说明

图1a是本实用新型实施例1中一种用于超高真空互联装置的单层结构掩模版的结构示意图；

图1b是本实用新型实施例1中一种用于超高真空互联装置的单层结构掩膜版的三维微通孔结构的A-A截面示意图；

图2是本实用新型实施例2中一种用于超高真空互联装置的多层结构掩模版的结构示意图。

图3a是本实用新型实施例3中一种用于超高真空互联装置的复合结构掩模版的结构示意图；

图3b是本实用新型实施例4中一种用于超高真空互联装置的复合结构掩模版的结构示意图；

图3c是本实用新型实施例5中一种用于超高真空互联装置的复合结构掩模版的结构示意图；

附图标记说明：11-三维微通孔结构；12-梁臂结构；20-上膜层；21-中间层；22-下膜层，23-第一连接孔；24-第二连接孔；25-第一微通孔；30-第一复合层；31-第二复合层；32-第三复合层；33-第二连接孔；34-第二微通孔；35-第三连接孔。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本实用新型实施例提供了一种用于超高真空互联装置中的掩模版，包括：一个以上图形化三维微通孔结构，所述图形化三维微通孔结构与所需二维图形相对应，并用以在超高真空环境中进行图形化转移。

进一步的，所述掩膜版具有单层片状结构、多层片状结构或复合层片状结构。

进一步的，所述掩膜版包括复数个图形化的三维微通孔结构，并且所述三维微通孔结构由相应的梁臂结构支撑。

优选的，所述梁臂结构分布于所述三维微通孔结构周围。

在一些较为具体的实施方案中，所述掩膜版可以包括层叠设置的第一结构层和第三结构层，所述三维微通孔结构包括设于第一结构层内的第一连接孔和设于第三结构层内的微通孔，所述第一连接孔和微通孔依次连通。

进一步的，所述掩膜版包括依次层叠设置的第一结构层、第二结构层和第三结构层，所述三维微通孔结构包括设于第一结构层内的第一连接孔、设于第二结构层内的第二连接孔和设于第三结构层内的微通孔，所述第一连接孔、第二连接孔和微通孔依次连通。

进一步的，所述掩膜版包括依次层叠设置的第一结构层、第二结构层和第三结构层，所述三维微通孔结构包括设于第一结构层内的第一连接孔、设于第二结构层内的微通孔和设于第三结构层内的第二连接孔，所述第一连接孔、微通孔和第二连接孔依次连通。

在一些较为具体的实施方案中，所述掩膜版也可以包括层叠设置的复数个结构层，且所述掩膜版具有相背对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面上形成第一连接孔，所述第二表面上形成有第二连接孔，所述第一连接孔和第二连接孔均为盲孔，所述第一连接孔和第二连接孔之间经隔离机构相互隔离，且所述隔离机构上分布有微通孔，所述第一连接孔和第二连接孔经所述微通孔相互连通。

进一步的，所述三维微通孔结构的形状包括方形、圆形、长条形、环形和三角形中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述掩膜版的厚度大于0而小于10mm。

进一步的，所述掩膜版的平面度小于10％。

所述掩模版适用范围：真空度在10^-3～10^-9Pa(优选为10^-5～10^-8Pa)的真空互联装置系统中的电子束蒸发沉积、磁控溅射等物理图形转移工序。

本实用新型提供的掩模版能有效解决高真空环境下图形转移的问题；并且所述掩膜版结构简单、价格低廉，制备工艺简单，使用方便，可以循环利用，绿色环保；同时可以简化传统图形化的工艺，避免传统光刻工艺中光敏材料的涂覆和去除所带来的器件表面污染和结构损伤的问题。

实施例1

请参阅图1a和图1b所示是一种超高真空互联装置中欧姆接触图形转移用硅质单层结构掩模版。具体而言，所述掩模版是在硅质材料上，通过深硅刻蚀的方法将二维的欧姆接触图形制备成三维微通孔结构，适用于在超高真空环境中进行图形转移，所述掩膜版可以为具有一定平面度的单层片状结构。

所述掩模版具有环形的三维微通孔结构11所述环形三维微通孔结构依靠周围梁臂结构12支撑；所述三维微通孔结构和所述梁臂结构的尺寸为微米级，所述掩模版厚度为200±20μm，掩膜版的平面度＜2％。

本实施例提供的掩模版在真空度为10^-3～10^-9Pa的环境中，可以实现图形尺寸在1μm以上的图形转移，特别适合10μm以上的图形转移。

实施例2

请参阅图1b和图2所示是一种超高真空互联装置用多层结构掩模版，其包括薄的上膜层20、下膜层21，厚的中间层22，所述掩膜版为具有图形化三维微通孔结构的多层结构。

本实施例中所述掩模版上膜层20、下膜层22可以为0.10±0.01μm厚的SiNx层，中间层21可以为400±20μm厚的Si层；所述掩模版的平面度＜2％。

所述三维微通孔结构包括设置在上膜层20的第一连接孔23，设置于中间层21的第二连接孔24，以及设置于下膜层22的第一微通孔25，所述第一连接孔23的尺寸为0.5～200μm，所述第一微通孔25的尺寸为0.02～200μm。

所述掩模版可以是通过以下工艺制备：首先在400±20μm厚的硅质片材的两面沉积一层0.02±0.01μm厚的SiN_X膜，再利用干法和湿法等工艺对硅层、SiN_X膜层进行图形化，制备出所需的所述三维微通孔结构。

本实施例提供的掩模版在真空度为10^-3～10^-9Pa的环境中，可以实现图形尺寸在0.1μm以上的图形转移，特别适合0.1～10μm范围内的图形转移。

实施例3

请参阅3a所示是一种超高真空互联装置用复合结构掩模版，其是由复合层材料制备。所述掩膜版包括两层复合层结构及图形化的三维微通孔结构。

所述复合层的材料可以是通过一定的工艺使得原单一材料在不同深度范围内发生一定厚度的性能异化(如氧化、氮化等)得到的，所述三维微通孔结构是通过不同刻蚀方法将在所述复合层上逐级刻蚀或腐蚀制备的。

具体的，请继续参阅图3a，本实施例的掩模版包括两层复合层结构，具体的，第一复合层30是厚度为200±20μm的硅层，第二复合层31是厚度为0.02±0.01μm的氮化硅层；其中所述氮化硅层可以是在硅表面通过氮化技术制备的。

所述三维微通孔结构包括：设置于所述第一复合层(亦可称为硅质复合层)30的第二连接孔33(所述第二连接孔33的尺寸为1～100μm)，设置于所述第二复合层31(亦可称为氮化硅复合层)的第二微通孔34(所述第二微通孔尺寸为0.01～100μm)。

本实施例提供的掩模版在真空度为10^-3～10^-9Pa的环境中，可以实现图形尺寸在0.01μm以上的图形转移，特别适合0.01～1μm范围内的图形转移；掩模版的平面度＜10％。

实施例4

请参阅图3b所示，本实施例的掩模版包括三层复合层结构，其中第一复合层30是厚度为200±20μm的硅层；第二复合层31是厚度为0.02±0.01μm的氧化硅层，其中所述第二复合层(亦可称为氧化硅层)可以是由硅经热氧化处理后获得；第三复合层32是厚度为50±5μm的硅层。

所述三维微通孔结构包括：设置于所述第一复合层30(亦可称为硅质复合层)的第二连接孔33(所述第二连接孔33的尺寸为1～100μm)，设置于所述第二复合层31(亦可称为氧化硅复合层)的第二微通孔34(所述第二微通孔尺寸为0.01～10μm)，设置于所述第三复合层32(亦可称为硅质复合层)的第三连接孔35(所述第三连接孔的尺寸为1～100μm)。

本实施例提供的掩模版在真空度为10^-3～10^-9Pa的环境中，可以实现图形尺寸在0.01μm以上的图形转移，特别适合0.01～1μm范围内的图形转移；掩模版的平面度＜10％。

实施例5

请参阅图3c所示，本实施例的掩膜版包括三层复合层结构，其中第一复合层30是厚度为400±20μm的硅层；第二复合层31是厚度为0.05±0.01μm的氮化硅层；第三复合层32是厚度为100±20μm的硅层；

所述三维微通孔结构包括：设置于第一复合层30(亦可称为硅质复合层)的两个第二连接孔33(所述第二连接孔33的尺寸为1～100μm)，设置于第二复合层31(亦可称为氮化硅复合层)的第二微通孔34(第二微通孔尺寸为0.01～10μm)，设置于第三复合层32(亦可称为硅质复合层)的第三连接孔35(第三连接孔的尺寸为1～100μm)，其中第二复合层包括沿两个第二连接孔的梯形斜边分布的斜边层，所述第二微通孔34设置于所述斜边层上。

本实施例的掩模版在真空度为10^-3～10^-9Pa的环境中，可以实现图形尺寸在0.01μm以上的图形转移，特别适合0.01～1μm范围内的图形转移；掩模版的平面度＜10％。

本实施例中的掩膜版与图3b所示掩膜版的区别至少在于，第二微通孔34置于第二复合层31的梯形斜边层上，有利于减小沉积工艺时的材料扩散。

在一些较为具体的实施方案中，复合层片状结构的掩膜版亦可以是由多层复合层组成的复合层结构，所述各复合层的材质和厚度可以根据需要设置。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，所述单层结构、多层结构及复合结构的掩膜版应用于真空互联装置中的图形转移的掩模版均视为本实用新型的保护范围。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。