[发明专利]基于多次曝光的跨尺度微结构制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微制造方法，尤其是涉及一种基于光敏印章的跨尺度微结构制作方法。

背景技术

跨尺寸结构是指在较大一级尺寸结构的表面还分布着较小一级尺寸的结构，以荷叶表面为例，其表面分布有尺寸约为几十微米的凸起柱状结构，在这些柱状结构表面，又分布着微米级的微小结构。跨尺寸结构的微制造是学术界的研究热点，具有巨大的潜在应用价值，自然界中，跨尺寸结构屡见不鲜，树叶表面的微納结构，壁虎脚的多层结构即为典型代表。目前，制作跨尺寸结构的方法常见的有以下几种。

基于硅材料的制造技术从微电子技术发展过来，以硅材料为制造对象，主要以光刻技术为核心，通过光刻机及掩膜在光刻胶上选择性的刻蚀出需要的图案，然后进行显影，后续进行进一步的干法或湿法刻蚀，最终获得所需要的微结构。基于硅的微制造技术主要特点是制造精度高，费用大，需要专业的整套设备，技术成熟稳定，目前仍然是批量微制造的首选方法。

层层自组装法，一般通过静电力将聚阴离子和聚阳离子的不同层组装在一起。组装过程中引入纳米粒子来形成复合结构。例如在ITO玻璃表面先修饰聚电解质多层膜，然后利用电化学方法在上面沉积得到金纳米簇得到的复合结构。层层自组装法被广泛用于制备微米-纳米结构。

模板法是先通过光学或电子束光刻得到模板，压模材料的化学前体在模板中固化，聚合成型后从模板中脱离。或者直接复制生物的表面结构，常用材料是PDMS，例如：将液态PDMS浇注在荷叶上，固化后小心翼翼的揭下PDMS，获得与荷叶表面结构反向的PDMS印章。再以该PDMS印章为模板，在高分子聚合物上利用微接触印刷的方法再次压印，就可以得到与荷叶形貌完全相同的复合微结构。目前该工艺的缺点主要是无法保证两次印章间的一致性，PDMS印章的撕下来易导致PDMS上微结构的变形及损坏。这使得该项技术复杂微结构多以单件生产为主，难以实现小批量加工，难以实现商业化应用。

发明内容

本发明提供了一种基于多次曝光的跨尺度微结构制造方法，使用目前非常成熟的光敏印章作为微制造的核心模版，通过掩膜结构的设计和多次曝光，可简单快速的完成跨尺度微结构的制作，适于批量生产。

一种基于多次曝光的跨尺度微结构制造方法，包括如下步骤：

(1)按照尺寸大小，对待加工跨尺度微结构分类，小尺寸的结构为一级结构，大尺寸的结构为二级结构，分别制作与一级结构对应的一级结构掩膜和与二级结构对应的二级结构掩膜；

(2)将掩膜置于光敏印章机内，对其内的光敏印章垫进行曝光处理，先使用一级结构掩膜，曝光转印获得含一级结构的印章垫，然后基于含一级结构的印章垫，使用二级结构掩膜曝光，最终获得跨尺度微结构。光敏印章垫上曝光区和未曝光区有一定的高度差，得到具有微结构的光敏印章垫；

下面对本发明优选的技术方案做进一步说明：

作为优选，步骤(1)中，采用激光或喷墨打印将待加工微结构图案打印到半透明的硫酸纸或菲林膜上，制作得到掩膜。使用激光或喷墨打印机打印要加工的黑白底稿，目前激光打印机的分辨率可达1200DPI，喷墨打印机可达2400DPI，因而打印出的图案的分辨率可达到20μm。打印纸可选用半透明的硫酸纸或印刷中专用的菲林纸。对于精度要求较高的掩膜(微结构尺寸<20μm)，也可使用光刻中常用的金属掩膜，如铬膜。通常而言，跨尺度微结构大的一级微结构尺寸在百微米量级，而小的一级微结构尺寸在10微米量级乃至亚微米量级。

步骤(2)中，掩膜曝光过程：需要依次将把掩膜放在光敏印章机的曝光区域正中间，以便均匀曝光。上面盖着透明胶片，最上面放同样大小的光敏印章垫，盖上曝光机盖子，进行曝光。本步骤的关键在于先曝光一级结构掩膜，曝光后获得的带有小尺寸结构的印章垫。基于该印章垫，使用二级结构掩膜再次曝光，使得大尺寸结构也转印到印章垫表面，从而获得跨尺寸的复合结构。由于曝光次数对微结构的深度有直接影响，为了保证获得跨尺度的复合结构质量，转印小尺寸结构的时候，曝光次数要大于后续转印大尺寸结构的曝光次数。作为优选，一级结构曝光功率为85-87W；曝光次数控制在为7-9次，二级结构曝光功率在83-85W；曝光次数控制在1-3次。