[发明专利]非接触式模板约束下的电场诱导微复型方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种在电场的诱导下，利用模板约束电场分布，制造微米级或者纳米级结构的微复型方法。

背景技术

传统的光学投影光刻工艺采用X射线、紫外线等，透过具有一定图形结构的掩模板进行可控制曝光，将掩模板上的图形转移至预先涂铺在基材上并烘干的阻蚀胶层。最后通过化学药剂显影，得到图形化的阻蚀胶层。传统的光学投影光刻技术由于已经在半导体制造领域得到了成熟的发展，因此一直在微纳制造领域占据着统治地位。但是由于微纳制造技术不断向更小的尺寸发展，而传统的光学投影光刻工艺由于受其自身固有的衍射极限的限制，在加工深亚微米以下结构时存在很大的困难，且目前的光学投影光刻设备售价极高，十分昂贵。

为了适应更小线宽的微纳结构的大规模制作，微纳米压印光刻工艺应运而生。该工艺采用机械微复型的原理，通过施加外力将具有一定图形结构的图形化模板压入液态的阻蚀胶中，固化阻蚀胶，得到图形化的微纳结构。微纳米压印光刻工艺制作成本低、简单易行、加工效率高，并且可以加工低至6nm的尺寸结构。但是微纳米压印光刻工艺仍存在着一些缺陷。主要体现在两个方面：一是压印复型过程中，涉及外界的接触压力，可能造成模板变形，导致复型缺陷，不利于多层套刻的进行；第二，该机械微复型过程不可避免的存在一定的留膜(厚度一般在几十纳米左右)，需要额外的工艺步骤去除该留膜。

发明内容

针对现有光刻技术中存在的模板变形，导致复型缺陷，不利于多层套刻，存在一定的留膜等不足之处，本发明采用在外加电场的诱导下，利用图形化模板，在阻蚀胶层上加工出高精度、低缺陷的微纳结构。

本发明工艺方法包括如下具体步骤：

1)模板的制备：在第一SiO₂基材上沉积第一导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃制备图形化模板，模板的表面形状按照所需微纳结构的图形进行设计，具体步骤为：用溅射沉积设备在第一SiO₂基材上溅射沉积第一导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃层，并在该层上用光刻工艺加工出图形结构，最后用溅射沉积设备在图形结构两侧加工出二氧化硅制的支撑部分，得到模板；

2)在第二SiO₂基材表面蒸镀第二导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃：用溅射沉积设备在第二SiO₂基材表面蒸镀第二导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃层；

3)在第二导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃层表面涂铺阻蚀胶：用匀胶机在第二导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃层表面旋涂光固化阻蚀胶，阻蚀胶的厚度为纳米级至微米级；

4)将制备好的模板压在阻蚀胶层上：以20MPa的压力P将制备好的模板压在阻蚀胶上，使模板的支撑部分的底部紧贴在阻蚀胶上，以保证模板和阻蚀胶之间的空隙尺寸相当于支撑部分的高度；

5)外接直流电源：采用直流电源，电压调节范围0-100V，在模板的第一导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃层处接直流电源的阳极，在涂铺有阻蚀胶的第二导电纳米铟锡金属氧化物ITO玻璃层处接直流电源的阴极，调整电压大小，使静电场产生的静电力增大至克服液态阻蚀胶的表面张力使阻蚀胶产生流变；

6)进行电场诱导微复型：使液态阻蚀胶在稳定电压值的电场下保持0.25小时至24小时，直至微复型过程结束，形成微复型结构；

7)紫外线曝光固化阻蚀胶，采用紫外固化设备产生紫外线对得到的微复型结构进行曝光处理，使阻蚀胶固化，脱去模板，即可得到所需的微纳结构。

上述微复型方法制得的微纳结构具有高精度、低缺陷的优点，由于不使用光学投影的加工方式，因此不受光学投影光刻工艺固有的衍射极限的限制，可以加工深亚微米至纳米级的结构。通过改变模板的图形，可以改变外电场的分布情况，复制出符合模板图形的微纳结构。由于采用非接触式的外电场诱导技术进行加工，解决了在外界的接触压力下引起模板变形，导致复型缺陷的问题。

由于本发明所述的工艺不需要特殊的加工条件和复杂的设备，可以降低加工成本。而电场诱导技术使微复型过程所需时间缩短，提高了生产效率。本发明的技术方案，可应用于各种MEMS/NEMS(微米级机电系统/纳米级机电系统)器件的加工，如微流控器件、微传感器、微致动器件、光栅、微型生物芯片、光电子器件、太阳能电池等。

附图说明

图1为模板的主视示意图；

图2为涂铺有光固化阻蚀胶层的基材的示意图；

图3为将模板压在阻蚀胶层上的示意图；

图4为微复型过程中阻蚀胶局部的受力情况示意图；