CN104698744A - 利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，属于微加工技术领域。所述技术将腐蚀溶剂涂在软质弹性模的图形表面，然后附着在要刻蚀的薄膜上，与所述弹性模的凸出图形部位接触的所述薄膜表面受到刻蚀，所述薄膜刻蚀结束后去除所述弹性模，得到要刻蚀的图案结构。本发明由于使用了弹性模代替了光刻中使用的硬模，因此相对于传统的光刻技术，软光刻技术更加灵活，它首先能制造复杂的三维结构并且能在曲面上应用，其次能够在不同化学性质表面上使用,并且可以根据需要改变材料表面的化学性质，另外还能够应用于许多材料上，其应用正在许多方面不断体现出来。

Description

利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法

技术领域

本发明涉及微加工技术，具体地，涉及一种利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，属于微纳米加工技术领域。

背景技术

在微加工技术领域，需要具有一定图案的金属或其他薄膜结构。形成这种结构的基本过程包括薄膜淀积，光刻成形和薄膜刻蚀技术。以往的技术是：1.在光刻掩膜版的保护之下进行图形的干法或湿法刻蚀，2.利用光刻后的掩膜版作为掩膜淀积薄膜，然后使用剥离技术形成所需图案。上述技术大多用于平面微加工。对于曲面图形加工，常通过弹性模的方法。

以往光刻成形和薄膜刻蚀技术的技术是利用光刻版作掩膜，利用干法或湿法刻蚀或使用剥离技术形成所需图案。对于曲面图形加工，常通过弹性膜的软光刻技术。软光刻技术正在逐渐为人们所知。

如中国专利CN200710024850.5，该专利提供了一种在三维异形曲面腐蚀复杂图案的方法，但是该方法需要进行光学曝光过程，过程复杂。

又如中国专利CN201310081541.7，该专利提供了一种基于复合软模板纳米压印技术制备图案化蓝宝石衬底的方法，该方法需要光刻胶过程，且刻蚀技术是在溶液中完成的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法。在软光刻中，光刻模板就是一个软的贴板，本发明在这个模板上涂上腐蚀剂，贴在衬底上可以把金属层选择性的腐蚀掉，然后形成可控的图案结构，可以在多样化的曲面基底上形成各类图形以满足各类应用需要，例如，可以在曲面的叶片上刻印出梳状的热敏电阻丝传感器结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将腐蚀溶剂涂在软质弹性模图形表面，然后附着在要刻蚀的薄膜上，和弹性模凸出图形部位接触的薄膜表面受到刻蚀，薄膜刻蚀结束后去除弹性模得到要刻蚀的图案结构。

本发明所述的利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，具体包括如下步骤：

第一步，将腐蚀溶剂涂在软质弹性膜图形表面，在软光刻中，弹性膜模板就相当于是一个软的贴板，将弹性膜模板弯曲从而适合贴在曲面。

第二步，将弹性膜模板附着在要刻蚀的薄膜(包括曲面，金属膜等材料)上，停留片刻(依靠实验结果而定)，和弹性膜模板凸出图形的部位接触的薄膜表面将受到刻蚀作用。

第三步，薄膜刻蚀结束后去除PDM弹性膜模板就得到了要刻蚀的图案结构，从而达到曲面光刻的目的。

将弹性材料涂于光刻形成的印模表面，干燥后取下，则印模表面上图形转移到弹性材料上形成弹性模,此弹性模是以后软光刻中在其它基底上形成图形的关键物质，比如常用的是PDMS聚二甲基硅氧烷，当然也可以是其他材料的弹性模。

本发明与以往技术不同点是：不是利用光刻版或弹性膜作为光刻或刻蚀掩膜版，而是将腐蚀溶剂涂在软质弹性膜图形表面，然后附着在要刻蚀的薄膜(包括曲面，金属膜等材料)，因为只有和弹性膜凸出图形的部位接触的薄膜表面受到刻蚀作用，所以，薄膜刻蚀结束后去除弹性膜就得到了要刻蚀的图案结构，从而达到曲面光刻的目的。

本发明要刻蚀的曲面表面上，可以为金属材料或非金属材料。

本发明中腐蚀溶剂根据具体要刻蚀的曲面材料进行选择。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明用弹性模代替了光刻中使用的硬模，相对于传统的光刻技术，软光刻更加灵活，它能制造复杂的三维结构并且能在曲面上应用；能够在不同化学性质表面上使用，并且可以根据需要改变材料表面的化学性质；能够应用于许多材料上，例如：玻璃、陶瓷等；软光刻技术工艺流程简单，成本较低，可用于工业化生产。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的弹性膜示意图；

图2为本发明在弹性膜凸出的图形部分涂上腐蚀溶剂的过程示意图；

图3为本发明的将已在凸出的图形部分涂上腐蚀溶剂弹性膜弯曲的过程，以适用于曲面软光刻示意图；

图4为本发明将弯曲的弹性膜贴在含金属层的曲面上然后停油、腐蚀的过程示意图；

图5为本发明腐蚀过程结束后所得到的要刻蚀的图案结构示意图；

图6为本发明具体实施例一的示意图；

图中：弹性膜凸出的图形部分1、在弹性膜凸出的图形部分所涂上的腐蚀溶剂层2、曲面表面的金属层3。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

以下实施例在实施之前，将弹性材料PDMS聚二甲基硅氧烷涂于光刻形成的印模表面，干燥后取下，则印模表面上图形转移到弹性材料PDMS上形成PDMS弹性模，如图1-图6所示。

实施例一：用于刻蚀航空飞机叶片，通过本发明可以在飞机叶片曲面上刻印出梳妆的热敏电阻丝传感器结构。

第一步，将腐蚀溶剂王水(质量浓度为1：1)涂在软质PDMS弹性模的图形表面，在软光刻中，PDMS弹性模就相当于是一个软的贴板，将PDMS弹性模弯曲从而适合贴在曲面。

第二步，将PDMS弹性模附着在要刻蚀的飞机叶片(叶片上含有一层厚度为200um的白金层)上，停留约1分钟，和PDMS弹性模的凸出图形的部位接触的白金层表面将受到王水腐蚀作用。

第三步，白金刻蚀结束后去除PDMS弹性模，得到了要刻蚀的图案结构，从而达到曲面光刻的目的。

本实施例中制得的产品具体尺寸参数：

PDMS的厚度为1mm；

PDMS凸出的部分厚度为100μm；

PDMS凸出的部分宽度为5-10μm；

PDMS凸出部分间距为50μm

白金层的厚度为200nm；

叶片的厚度为2mm；

如图6所示，为本实施例的示意图。

本实施例利用软质光刻模板PDMS进行曲面刻蚀，工艺流程简单，成本不高，从而实现对航空飞机叶片等部件进行曲面刻蚀。

实施例二：用于刻蚀曲面硅片基底，通过本发明技术可以在曲面硅片基底上刻蚀上各种需求的图案。

第一步，将腐蚀溶剂丙酮涂在软质PDMS弹性模图形表面，在软光刻中，PDMS弹性模就相当于是一个软的贴板，将PDMS弹性模弯曲从而适合贴在曲面。

第二步，将PDMS弹性模附着在要刻蚀的曲面硅片(硅片上含有一层厚度为100um的光刻胶层)上，停留约半分钟，和PDMS弹性模凸出图形的部位接触的光刻胶表面将受到丙酮腐蚀作用。

第三步，光刻胶刻蚀结束后去除PDMS得到了要刻蚀的图案结构，从而达到曲面光刻的目的。

本实施例中具体尺寸参数如下：

PDMS的厚度为1mm；

PDMS凸出的部分厚度为50-100μm；

PDMS凸出的部分宽度为5-10μm；

PDMS凸出部分间距为50μm；

光刻胶层的厚度为100nm；

曲面硅片的厚度为2mm。

本实施例利用软质光刻模板PDMS进行曲面刻蚀，工艺流程简单，成本不高，可以实现对曲面硅片进行曲面刻蚀，从而得到需求的图案。

需要指出的是，上述实施例采用微加工方法只是本发明的具体实施例，还可以改变腐蚀溶剂的种类，要刻蚀的曲面表面上的金属层材料种类(可以不是金属，如实施例二中采用的是光刻胶)及尺寸，不仅仅局限于上述实例的描述，均可实现本发明的目的。

本发明利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，由于使用了弹性模代替了光刻中使用的硬模，因此相对于传统的光刻技术，软光刻技术更加灵活，它首先能制造复杂的三维结构并且能在曲面上应用，其次能够在不同化学性质表面上使用，并且可以根据需要改变材料表面的化学性质，另外还能够应用于许多材料上，例如：玻璃、陶瓷等；其应用正在许多方面不断体现出来，具有良好的前景。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，其特征在于，所述方法将腐蚀溶剂涂在软质弹性模的图形表面，然后附着在要刻蚀的薄膜上，与所述弹性模的凸出图形部位接触的所述薄膜表面受到刻蚀，所述薄膜刻蚀结束后去除所述弹性模，得到要刻蚀的图案结构。

2.根据权利要求1所述的利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，其特征在于，所述软质弹性模，其制备方法为：将弹性材料涂于光刻形成的印模表面，干燥后取下，则印模表面上图形转移到弹性材料上形成弹性模。

3.根据权利要求1所述的利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

第一步，将腐蚀溶剂涂在软质弹性模图形表面，在软光刻中，弹性模就相当于是一个软的贴板，将弹性模弯曲从而适合贴在曲面；

第二步，将弹性模附着在要刻蚀的薄膜上，停留片刻，和PDMS弹性模凸出图形的部位接触的薄膜表面将受到刻蚀作用；

第三步，薄膜刻蚀结束后去除弹性模，得到要刻蚀的图案结构，从而达到曲面光刻的目的。

4.根据权利要求1-3任一项所述的利用软质光刻模板进行曲面薄膜图形化微制造方法，其特征在于，要刻蚀的曲面表面上为金属材料或非金属材料。