[发明专利]一种低成本微纳一体化结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电研究领域，特别是涉及一种低成本微纳一体化结构的制作。

背景技术

微纳结构器件的应用对象包括医疗、环境、能源、制药、国防和科学研究等诸多关系国计民生的领域。因此从一开始微纳跨尺度结构器件制作就受到了广泛关注。

近年来，人们一直就如何制造功能化更强、集成度更高、价格更低廉的微纳结构器件开展了大量研究工作，其中关键技术是如何实现跨尺度制造，即把微、纳结构制作到同一片聚合物上，从而实现微纳跨尺度器件制造。

人们已经对微纳跨尺度集成制造方法开展了大量研究工作，从结果可以看出虽然热压或紫外纳米压印都可以制造微纳跨尺度结构，但是这两种方法仍存在缺陷。热压会引起纳米模具欠填充并在脱模后产生图形的弹性恢复问题，而紫外纳米压印存在石英模具制造困难、难以保证大面积平整度、加工成本高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对以往微纳跨尺度制造成本高、模具制造复杂、模具欠填充、图形弹性恢复问题，不仅提供一种低成本大面积纳米模具制造方法，而且提出一种基于微、纳双模具和紫外固化纳米压印的微纳跨尺度结构制作方法。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

(1) 压印模具微纳加工

a. “自上而下”，利用侧墙技术制造二维纳尺度硅模具

首先表面修饰硅基底提高聚合物与基底结合强度，使用紫外曝光光刻在硅基底上形成聚合物台阶，利用磁控溅射仪各向同性沉积一层延展性良好基底的附着力强的金属薄膜；然后利用溅射反向刻蚀，有选择性的去除水平方向的薄膜材料；再以侧壁上保留下来的纳尺度“侧墙”为掩膜，利用SF6，O2，C4F8气体进行深反应离子刻蚀，得到宽度和深度为纳米尺度的二维纳尺度硅模具；

b. 以石英为基底材料，制造微尺度模具

在石英表面沉积一层厚度100nm左右的铬膜，经过剥离工艺得到图形宽度为微米尺度的石英模具；

(2) 微纳跨尺度图形制作

将步骤(1)得到的纳米模具和微米模具分别进行局部氧等离子体和气相沉积氟化物表面处理，保证微米模具的表面能小于纳米模具的表面能；在纳米硅模具上旋涂一层紫外固化光刻胶；将微米石英模具与光刻胶另一面接触并施加压力；透过石英模具进行紫外线曝光使微米模具图形区域以外的光刻胶固化；利用压印制作出纳米沟道，利用曝光显影制作出微米沟道，将微米和纳米结构成型在同一片聚合物材料上，实现微纳跨尺度图形制造；

(3) 利用基底和聚合物的共价键反应实现微纳跨尺度结构键合

将步骤(2)得到双面聚合物用异丙醇清洗、烘干，并用用氧等离子体处理，浸入到体积比为1%的APTES溶液中完成光刻胶表面改性；表面改性后的微纳跨尺度结构与PDMS基底反应生成牢固的Si-O-Si共价键，实现器件的封装。

本发明采用紫外固化光刻胶材料，结合表面修饰、双面反向紫外固化纳米压印、共价键合等MEMS加工工艺制作出了微纳跨尺度结构。通过将纳米模具当基底，微米模具当印模，可以使微米和纳米结构成型在同一片聚合物材料上，再经过曝光、显影得到所需的微纳一体化结构。既避免了临近效应，又降低了纳米模具的制造难度。本发明制作工艺简单、成本低并且容易实现。

附图说明

图1是纳米模具制作流程示意图。

图2是微纳跨尺度结构制作流程示意图。

图中：1光刻胶台阶；2硅基底；3金；4微米石英模具；5紫外固化光刻胶；6 纳米硅模具。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明专利的具体实施方式。

图1是本发明制作纳米模具过程的示意图。