CN110308624A - 一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置及方法 - Google Patents

一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置及方法，该装置包括腔体、若干激光通孔、若干激光挡板、第一流体通孔、第二流体通孔、第一流体阀门、第二流体阀门和若干光发射结构，其中，所述第一流体通孔和所述第二流体通孔均贯通设置于所述腔体中，并用于向所述腔体中导入或导出超临界流体；所述光反射结构均设置于所述腔体的内壁上，用于引导入射激光进行方向变化。本发明通过引入超临界流体，可彻底去除光刻胶并避免了残留；同时，在超临界流体协同作用下，通过激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置可对微纳器件进行二维或三维的复杂结构设计。

Description

一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置及方法
技术领域
本发明涉及维纳器件加工领域，特别是一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置及方法。
背景技术
目前，常见光刻过程按是否采用掩膜版分为两类：一种是有掩模板的曝光工艺，光刻胶均匀旋涂在需要进行加工的硅片等衬底上，然后紫外光透过掩模版投影在光刻胶上；一种是无掩模板的曝光工艺，使用一定强度且波长合适的激光直接照射在光刻胶上。无论是否采用掩膜版，被光照射到的地方光刻胶化学或物理性质发生改变，由此光刻胶薄膜表面就会产生可溶解与不可溶解的区域，通过曝光或者激光直写后，可使用某些化学溶剂来对胶上的可溶解区域进行溶解，溶解完后，将需要进行后续加工的地方暴露出来。这些化学溶剂可以是纯有机溶剂，有机复合溶剂或者含水的离子溶剂，这些化学溶剂在清洗光刻胶过程中，由于液态溶剂自身具有粘度较大的特性，在对光刻胶进行显影的过程中，可能存在溶剂残留；或者因显影液加入偏少，对光刻胶溶解性不高，使受到过光照的光刻胶区域清洗不干净；或者因显影液加入偏多，对光刻胶溶解性过高，导致光刻胶线条塌陷膨胀等问题。故需要提出一种新的显影清洗方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置及方法，用于解决现有技术中因液态显影试剂粘度较大而导致清洗光刻胶的效果不理想的问题。
为解决上述技术问题，本发明的第一个解决方案为：提供一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置包括腔体、若干激光通孔、若干激光挡板、第一流体通孔、第二流体通孔、第一流体阀门、第二流体阀门和若干光发射结构，其中，激光通孔均贯通设置于腔体中，且每一个激光通孔均有一个激光挡板与之对应；第一流体通孔贯通设置于腔体中，并通过第一流体阀门控制超临界流体导入腔体内；第二流体通孔贯通设置于腔体中，并通过第二流体阀门控制超临界流体从腔体内导出；光反射结构均设置于腔体的内壁上，用于引导入射激光进行方向变化。
优选的，腔体内壁及光反射结构表面均涂覆有反射涂层，用于反射入射的激光。
优选的，腔体为可拆卸式的封闭结构。
为解决上述技术问题，本发明的第二个解决方案为：提供一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影方法，应用于前述激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中，所述显影方法包括：将光敏材料涂覆至衬底材料上，并置于激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中进行曝光处理；曝光完成后，向激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中导入超临界流体，对涂覆有光敏材料的衬底材料进行溶解清洗。
优选的，光敏材料为液态光敏溶剂，或低聚合度的固态光敏物。
优选的，超临界流体为CO2超临界流体。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过引入超临界流体，利用其溶解性强、扩散性好的特点，可彻底去除光刻胶并避免了残留；同时，在超临界流体协同作用下，通过激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置可对微纳器件进行二维或三维的复杂结构设计，拓展了应用场景。
附图说明
图1是本发明中激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置一实施方式的结构示意图；
图2是本发明的激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置一实施方式中显影完成后微纳器件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
对于本发明的第一个解决方案，请参阅图1，图1是本发明中激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置一实施方式的结构示意图，其中，1为腔体，2为激光通孔，3为激光挡板，4为第一流体通孔，5为第二流体通孔，6为第一流体阀门，7为第二流体阀门，8为光反射结构，9为衬底，10为光敏材料。本实施例中激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置包括腔体1、若干激光通孔2、若干激光挡板3、第一流体通孔4、第二流体通孔5、第一流体阀门6、第二流体阀门7和若干光发射结构8，其中，激光通孔2均贯通设置于腔体1中，且每一个激光通孔2均有一个激光挡板3与之对应，激光挡板3控制激光是否从激光通孔处射入腔体1内，同时激光挡板3均闭合时可使腔体1内保持密闭状态；第一流体通孔4贯通设置于腔体1中，并通过第一流体阀门6控制超临界流体导入腔体1内；第二流体通孔5贯通设置于腔体1中，并通过第二流体阀门7控制超临界流体从腔体1内导出；光反射结构8均设置于腔体的内壁上，用于引导入射激光进行方向变化，腔体1内壁及光反射结构8表面均涂覆有反射涂层，用于反射入射的激光。此外，腔体1为可拆卸式的封闭结构，以便于将待曝光或待显影的材料置于腔体1内。
对于本发明的第二个解决方案，一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影方法，该方法中所采用的激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置与前述第一个解决方案中的激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置保持一致，该方法的具体步骤包括：
S1:将光敏材料涂覆至衬底材料上，并置于激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中进行曝光处理。本步骤中曝光处理的具体操作为：使激光挡板3处于开启状态，关闭第一流体阀门6和第二流体阀门7，让激光由激光通孔2射入腔体1内，经腔体1内壁的光反射涂层和光反射结构8的光反射涂层反射后到达光敏材料10处，使光敏材料10在二维或三维的层面上实现曝光；本实施方式中光反射结构8为锥形向内凸起的结构，目的在于使激光经反射后能辐照出复杂的图形结构，即在激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中激光辐照出的图形结构应同激光的入射角度和光反射结构8的形貌设置紧密相关，其他实施方式中，可根据实际情况对光反射结构的具体形貌做适应性调整，在此不作限定。
S2:曝光完成后，向激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中导入超临界流体，对涂覆有光敏材料的衬底材料进行溶解清洗。本步骤的具体操作为：使激光挡板3处于闭合状态，打开第一流体阀门6和第二流体阀门7，让超临界流体由第一流体通孔4处导入，流动至光敏材料10处进行清洗，并从第二流体通孔5处导出。本实施方式中选择光敏材料10为液态光敏溶剂，或低聚合度的固态光敏物，超临界流体优选为CO2超临界流体，光刻胶优选烯酸酯类物质，因为CO2超临界流体对酯类具有较好的溶解性，但不同光刻胶单体分子在不同气压下的CO2超临界流体中溶解性不一样，故需要根据实际情况，通过控制气压来实现不同光刻胶的溶解或不溶解。由于光敏材料10在激光辐照下曝光，使被辐照的光敏材料10聚合度显著提升，当曝光完成并导入超临界流体时，利用CO2超临界流体扩散性高、粘度低以及溶解能力强等特性，通入的CO2超临界流体将未固化或低聚合度的光敏材料10溶解清洗掉，清洗完后，微纳器件的结构即在衬底上显影出来；如图2所示，即使微纳器件的图形结构较为复杂，且不限于二维或三维的情况，CO2超临界流体均能达到较好的清洗效果。
需要说明的是，本发明中激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置及方法所适用的对象并不拘泥于某一特定器件，而是可应用于如波导器件、光子晶体器件等诸多三维微纳器件，在此不做一一列举。
区别于现有技术的情况，本发明通过引入超临界流体，利用其溶解性强、扩散性好的特点，可彻底去除光刻胶并避免了残留；同时，在超临界流体协同作用下，通过激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置可对微纳器件进行二维或三维的复杂结构设计，拓展了应用场景。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置，其特征在于，包括腔体、若干激光通孔、若干激光挡板、第一流体通孔、第二流体通孔、第一流体阀门、第二流体阀门和若干光发射结构，其中，
所述激光通孔均贯通设置于所述腔体中，且每一个所述激光通孔均有一个所述激光挡板与之对应；
所述第一流体通孔贯通设置于所述腔体中，并通过第一流体阀门控制超临界流体导入所述腔体内；
第二流体通孔贯通设置于所述腔体中，并通过第二流体阀门控制超临界流体从所述腔体内导出；
所述光反射结构均设置于所述腔体的内壁上，用于引导入射激光进行方向变化。
2.根据权利要求1所述的激光直写光刻三维微纳器件超临界流体显影装置，其特征在于，所述腔体内壁及所述光反射结构均涂覆有反射涂层，用于反射入射的激光。
3.根据权利要求1所述的激光直写光刻三维微纳器件超临界流体显影装置，其特征在于，所述腔体为可拆卸式的封闭结构。
4.一种激光光刻三维微纳器件超临界流体显影方法，应用于权利要求1～3任一项中所述的激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中，其特征在于，所述显影方法包括：
将光敏材料涂覆至衬底材料上，并置于激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中进行曝光处理；
曝光完成后，向所述激光光刻三维微纳器件超临界流体显影装置中导入超临界流体，对涂覆有所述光敏材料的所述衬底材料进行溶解清洗。
5.根据权利要求4所述的激光直写光刻三维微纳器件超临界流体显影方法，其特征在于，所述光敏材料为液态光敏溶剂，或低聚合度的固态光敏物。
6.根据权利要求4所述的激光直写光刻三维微纳器件超临界流体显影方法，其特征在于，所述超临界流体为CO2超临界流体。
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