CN110775939A - 微纳米结构组件制造方法、以及以该法制造的微纳米结构组件 - Google Patents

微纳米结构组件制造方法、以及以该法制造的微纳米结构组件 Download PDF

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Abstract

制造微纳米结构组件的方法，包括：提供滤膜；提供MEMS传感器，MEMS传感器上具有开口且能够经其进行感测；将滤膜结合到MEMS传感器上使滤膜覆盖开口。提供滤膜包括：将基板(108)覆以滤膜材料层(107)，在滤膜材料层上再覆以光刻胶层(106)；对基板(108)加热以软化光刻胶层；用模具对基板(108)加压，模具由叠合的图案层(104)和背层(102)组成，背层受到加压以使得图案层接触光刻胶层；在持续用模具对光刻胶层加压的同时冷却光刻胶层以使其固化，在光刻胶层上形成与图案层相符的图案；移除模具；通过干蚀刻移除在图案上残留的光刻胶；以光刻胶层为掩模，对滤膜材料层(107)进行干蚀刻或湿蚀刻以将光刻胶层的图案转移到滤膜材料层上。

Description

微纳米结构组件制造方法、以及以该法制造的微纳米结构 组件
技术领域
本公开内容主要涉及用于制造微纳米结构组件的方法，以及以该方法制造的微纳米结构组件。
背景技术
现今，诸如笔记本电脑、平板电脑之类的便携式计算设备十分普遍，诸如智能手机之类的便携式通信设备也是如此。然而，这样的设备中留给麦克风或扬声器的内部空间十分有限。因此，麦克风和扬声器尺寸越来越小，并且变得越来越紧凑。此外，由于麦克风和扬声器部署在紧凑的便携式设备中，它们通常需要靠近设备的相关的声学输入或输出端口，故而容易因颗粒和水的进入而造成其中的MEMS传感器的故障。
在现有技术中，颗粒过滤器(又称为PB芯片、微型过滤器)常常被部署在微纳米结构组件中来防止某些类型的碎屑进入其中。
当前，颗粒过滤器中的防尘膜常常采用由细金属丝制成的丝网，或是由具有多个通孔的硅基板来形成的多孔结构。金属丝网薄膜的精细图案的形成是通过光刻法来进行的，这是一种需要昂贵的曝光设备和光掩模的复杂工艺。因此，亟需一种在滤膜上形成精细图案的微纳米结构组件制造方法，其优选地不增加转印面积。
发明内容
本公开内容的一个目的是提供一种制造微纳米结构组件的方法的新技术方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造微纳米结构组件的方法，所述方法包括：提供滤膜，提供MEMS传感器，所述MEMS传感器上具有开口并且能够经由该开口进行感测；以及将所述滤膜结合到所述MEMS传感器上，使得所述滤膜覆盖所述开口。提供滤膜包括：将基板覆以滤膜材料层，在所述滤膜材料层上再覆以光刻胶层；对所述基板加热以软化所述光刻胶层；用模具对所述基板加压，所述模具由叠合在一起的图案层和背层组成，其中所述背层受到加压以使得所述图案层接触所述光刻胶层；在保持用所述模具对所述光刻胶层加压的同时，冷却所述光刻胶层以使得所述光刻胶层固化，从而在所述光刻胶层上形成与所述图案层相符的图案；移除所述模具；通过干蚀刻移除在图案上残留的光刻胶；以所述光刻胶层作为掩模，对所述滤膜材料层进行干蚀刻或湿蚀刻以将所述光刻胶层上的图案转移到所述滤膜材料层上。
可选地，加热所述基板是以120℃至150℃的温度进行的。
可选地，所述压力的压强的范围为5Mpa至10MPa。
可选地，所述滤膜材料层是非晶金属材料层。
可选地，所述非晶金属材料层是金属玻璃层。
可选地，所述滤膜是以5nm至5μm的厚度形成的。
可选地，所述滤膜是以20nm至1000nm的厚度形成的。
可选地，所述图案层和背层是彼此共轴的辊，所述背层的外表面接触所述图案层的内表面，所述图案层的外表面是图案化的。
根据本公开内容的第二方面，提供了一种微纳米结构组件，其是采用根据本公开内容的第一方面的方法来制造的。
可选地，所述微纳米结构组件是用在麦克风模组或麦克风芯片中的。
本发明一个实施例提供的微纳米结构组件制造方法不需要光刻制造工艺，也不需要昂贵的曝光装置和光掩模。在一个实施例中，根据本公开内容的方法能够使得良率大为提高并降低制造成本。
通过以下参照附图对本公开内容的示例性实施例的详细描述，本公开内容的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开内容的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开内容的原理。
图1概略示出了根据本公开内容的微纳米结构组件制造方法的一个实施方案，其中图1A、图1B、图1C、图1D、图1E和图1F各自示出了滤膜制造过程中的相应阶段。
图2是根据本公开内容的一个实施方案的滤膜制造过程的流程图。
图3概略示出了根据本公开内容一个替代方案的滤膜制造工艺。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开内容的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开内容的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开内容及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本公开内容提供了一种微纳米结构组件制造方法、以及以该法制造的微纳米结构组件。该微纳米结构组件可以用在声学设备中，例如用在麦克风芯片或麦克风模组中。当然，对于本领域技术人员而言，该微纳米结构组件也可以用在其它类型的设备中，在此不再具体说明。
图1概略示出了根据本公开内容的用于制造微纳米结构组件的方法的一个实施方案，其中图1A、图1B、图1C、图1D、图1E和图1F各自示出了滤膜制造过程中的相应阶段。
图1A示出了滤膜制造过程中的初始状态，其中图1A上方示出了由背层102和图案层104构成的模具，并且其中背层102和图案层104叠合在一起。在一个实施例中，背层102由硅形成，图案层104由二氧化硅形成，但本领域技术人员可以理解，背层和图案层的材料不限于此。在图案层104上形成有模具图案(也即将要形成在滤膜上的图案)。本领域技术人员可以理解，在图案层上形成模具图案可以通过电子束来进行。
在图1A下方示出了在基板108上覆有滤膜材料层107，并且在滤膜材料层107上再覆有光刻胶层106。滤膜材料层107和光刻胶层106可以是通过涂覆形成的，但不限于此。基板108可以是硅基板，但不限于此。滤膜材料层107可以是非晶金属材料层，优选地是金属玻璃层。光刻胶层106可以是PMMA层。PMMA是聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate))的缩写，又称为亚克力(Acrylic)，具有高透明度，低成本，易于机械加工等优点，是常用的玻璃替代材料。
在滤膜制造过程的开始，对基板108加热以使光刻胶层106软化。加热温度可以为120℃至150℃。
图1B示出了用模具对覆有光刻胶层106的基板108进行加压，藉此在光刻胶层106中形成图案。硅背层102受到直接加压，使得图案层104接触光刻胶层106。这样，压力通过硅背层102传递到图案层104，再通过图案层104传递给光刻胶层106。可选用的压力范围可以从5MPa到10MPa。
图1C示出了使得光刻胶层106固化的过程。在保持加压的状态下，使得光刻胶层106冷却，从而使之固化。
图1D示出了将模具从基板108上移除。如图1D所示，在移除模具的同时在光刻胶层106上形成了图案。然而，模具对光刻胶层106的加压并不能将受压区域(也即构成所述图案的区域)的光刻胶完全去除，在受压区域仍然留下了一定厚度的残膜110(也即残留在图案上的光刻胶)。
图1E示出了除去残膜110的过程。可以采用干蚀刻(dry etching)工艺(例如氧气RIE(反应离子刻蚀，reactive ion etching))除去如图1D中所示的残膜110。
图1F示出在将光刻胶层剥离后最终形成滤膜的过程。在除去残膜110之后，以光刻胶层106作为掩模，对滤膜材料层107进行干蚀刻或湿蚀刻以将光刻胶层106的图案转移到滤膜材料层107上，从而形成滤膜。最终形成的滤膜107上具有微纳米结构，该微纳米结构具有从光刻胶106转移而来的图案。在一个实施例中，滤膜具有5nm至5μm，优选20nm至1000nm的厚度。
由于金属玻璃是各向同性和均匀的，故而基本上不存在由于多晶结构引起的缺陷诸如晶粒边界和偏析等，并且其尺寸效应小。因此，在设计微型过滤器时，不必考虑由于各向异性和尺寸引起的物理性质的变化，这方便了微型过滤器的结构设计。另外，由于金属玻璃是由多种元素组成的合金，因此微型过滤器设计中材料选择的范围变宽，并且可以设计和制造更高性能的PB芯片。
图2是根据本公开内容的一个实施方案的滤膜制造过程的流程图。如图2所示，根据本公开内容的滤膜制造过程首先包括，在步骤202，将基板108覆以滤膜材料层107，在滤膜材料层107上再覆以光刻胶层106，对基板108加热以软化光刻胶层106。接下来，在步骤204，用模具对基板108加压，模具由叠合在一起的图案层104和背层102组成，其中背层102受到加压以使得图案层104接触所述光刻胶层106。接下来在步骤206，在持续用模具对光刻胶层106加压的同时，冷却光刻胶层106以使得光刻胶层106固化，从而在光刻胶层106上形成与所述图案层104相符的图案。在步骤208，移除模具，通过干蚀刻移除在图案上残留的光刻胶。在步骤210，以光刻胶层106为掩模对滤膜材料层107进行干蚀刻或湿蚀刻，以将光刻胶层106的图案转移到滤膜材料层107上。
图3概略示出了根据本公开内容的另一个方案的滤膜制造工艺。除了图1B中示出的平板模具以外，本领域技术人员理解，当需要压印的基板面积比较大时，也可以采用如图3所示的辊型模具(roller-type mold)来进行纳米压印。图3中示出的背层402、图案层404、光刻胶层406和基底408的作用分别对应于图1A～图1F中所示的背层102、图案层104、光刻胶层106和基底108，因而在此不再赘述。如图3中所示，图案层404和背层402是彼此共轴的辊，背层402的外表面接触图案层404的内表面，图案层404的外表面是图案化的。本领域技术人员可以理解，当使用辊型模具进行纳米压印时，基板面积远大于辊在基板上的作用面积，用模具对基板加压指的是将辊型模具滚动到基板的一部分上并对该部分加压，而从基板移除模具指的是使辊型模具滚动离开基板的该部分，例如滚动到基板的另一部分上(并对该部分加压)。
辊型纳米压印具有高分辨率、低成本和高生产率的优点，解决了转印面积增大的问题，尤其适用于生产大面积的有周期性的纳米结构。
按照如图1至3所示的方式提供的滤膜可被结合到MEMS传感器(未示出)上，由此形成微纳米结构组件。MEMS传感器上具有开口，并且能够经由该开口接触待测物从而进行感测。提供MEMS传感器的工艺为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。将滤膜结合到MEMS传感器上可以包括使得滤膜覆盖传感器的开口，从而使得滤膜能够起到过滤作用，在不影响传感器的感测功能的前提下防止颗粒、水等碎屑进入微纳米结构组件中。
虽然已经通过例子对本公开内容的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开内容的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开内容的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开内容的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种制造微纳米结构组件的方法，其特征在于，包括：
提供滤膜；
提供MEMS传感器，所述MEMS传感器上具有开口并且能够经由该开口进行感测；以及
将所述滤膜结合到所述MEMS传感器上，使得所述滤膜覆盖所述开口；
其中，提供滤膜包括：
将基板覆以滤膜材料层，在所述滤膜材料层上再覆以光刻胶层；
对所述基板加热以软化所述光刻胶层；
用模具对所述基板加压，所述模具由叠合在一起的图案层和背层组成，其中所述背层受到加压以使得所述图案层接触所述光刻胶层；
在保持用所述模具对所述光刻胶层加压的同时，冷却所述光刻胶层以使得所述光刻胶层固化，从而在所述光刻胶层上形成与所述图案层相符的图案；
移除所述模具；
通过干蚀刻移除在所述图案上残留的光刻胶；以及
以所述光刻胶层作为掩模，对所述滤膜材料层进行干蚀刻或湿蚀刻以将所述光刻胶层上的图案转移到所述滤膜材料层上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中加热所述基板是以120℃至150℃的温度进行的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述压力的压强的范围为5Mpa至10MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述滤膜材料层是非晶金属材料层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述非晶金属材料层是金属玻璃层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤膜是以5nm至5μm的厚度形成的。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述滤膜是以20nm至1000nm的厚度形成的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图案层和背层是彼此共轴的辊；所述背层的外表面接触所述图案层的内表面，所述图案层的外表面是图案化的。
9.一种采用根据权利要求1所述的方法来制造的微纳米结构组件。
10.根据权利要求9所述的微纳米结构组件，其特征在于，所述微纳米结构组件是用在麦克风模组或麦克风芯片中的。
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Address before: 261031 Dongfang Road, Weifang high tech Development Zone, Shandong, China, No. 268

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