CN111071984B - 一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法。本发明通过对衬底进行修饰以降低光刻胶与衬底的粘附力，然后在光刻胶上曝光出所需结构的轮廓，再利用黏贴层选择性的把轮廓以外的光刻胶撕走，留下的光刻胶结构便是正型结构，即代替了常规的负胶结构，从而实现正胶负用。

Description

一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，可用于微纳制造，光学领域，电学，生物领域，MEMS领域，NEMS领域。
技术背景：
微纳制造技术是衡量一个国家制造水平的重要标志，对提高人们的生活水平，促进产业发展与经济增长，保障国防安全等方法发挥着重要作用，微纳制造技术是微传感器、微执行器、微结构和功能微纳系统制造的基本手段和重要基础。基于半导体制造工艺的光刻技术是最常用的手段之一。对于纳米孔的加工，常用的手段是先利用曝光负性光刻胶并显影后得到微纳尺度的柱状结构，再通过金属的沉积和溶胶实现图形反转从而得到所需要的纳米孔。然而传统的方法由于光刻过程中的散焦及临近效应等会造成曝光后的微纳结构侧壁呈现一定的角度(如正梯形截面)，这会造成蒸发过程中的挂壁严重从而使lift-off困难。同时由于我们常用的高分辨的负胶如HSQ，在去胶的过程中需要用到危险的氢氟酸，而氢氟酸常常会腐蚀石英，氧化硅等衬底从而影响器件性能，特别的，对于跨尺度高精度纳米结构的制备在加工效率和加工能力方面面临着很大的挑战。
发明内容：
为了克服上述技术问题，本发明公开了一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，本发明采用一种选择性剥离制备微纳结构的新方法，可制备出任意负性光刻胶所能制备的任意图形且加工效率比传统的加工方法提高了上万倍(以直径为105nm的结构为例),特别是为跨尺度结构的加工，为光学领域，电学领域，声学领域，生物领域，MEM制造，NEMS制造，集成电路等领域提供了一种新的解决方案。
本发明的技术方案如下：
一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，包括以下步骤：
步骤一、提供衬底，并清洗；
步骤二、对衬底进行修饰降低光刻胶与衬底的粘附力；
步骤三、衬底上旋涂光刻胶得到薄膜；
步骤四、在光刻胶上加工出所需结构的轮廓；所述所需结构包括若干独立单元，独立单元外周形成有闭合的缝隙；
步骤五、在光刻胶上覆盖一层黏贴层；
步骤六、自所需结构以外的光刻胶的边沿处揭开黏贴层，黏贴层将所需结构以外的光刻胶粘走，留下所需结构即衬底上留下的微纳结构；
黏贴层与光刻胶的粘附力a大于光刻胶与衬底的粘附力b。
进一步的改进，在供体衬底表面修饰光刻胶抗粘层为高温气体修饰法或抽真空气体修饰法；高温气体修饰法包括如下步骤：将衬底和光刻胶抗粘剂置于密闭空间中，其中，密闭空间的温度控制在60℃-800℃之间，保温1分钟以上，直接取出衬底；
所述抽真空气体修饰法包括如下步骤：将将衬底和光刻胶抗粘剂置于密闭空间中，对密闭空间抽真空至光刻胶抗粘层气化，保持1分钟以上，直接取出衬底。
进一步的改进，所述衬底为硅、氧化硅、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、铌酸锂、金刚石、蓝宝石或ITO制成。
进一步的改进，所述步骤(2)对衬底修饰的试剂包括HMDS和十三氟正辛基硅烷；对衬底修饰的试剂镀在衬底表面。
进一步的改进，所述所述光刻胶包括PMMA,ZEP，瑞红胶，AZ胶，纳米压印胶和光固化胶。
进一步的改进，所述光刻胶厚度为1nm-100mm
进一步的改进，所述光刻胶上加工出所需结构的轮廓的方法为电子束曝光，离子束曝光，聚焦离子束曝光，重离子曝光，X射线曝光，等离子体刻蚀，紫外光刻，极紫外光刻，激光直写或纳米压印。
进一步的改进，所述黏贴层为PDMS，紫外固化胶，热释放胶，高温胶带，普通胶带，PVA,纤维素或AB胶。
上述选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法制备的微纳结构用于微纳制造，光学领域，电学，生物领域，MEMS领域，NEMS领域。
本发明的有益效果在于，解决了现有负性光刻胶加工效率低，难于去胶，去胶过程中损伤衬底，对于跨尺度结构的加工过程中加工精度和效率的矛盾等问题，采用此方法可以制备出负性光刻胶所能制备的任意结构，同时相比于传统的加工，本方案加工效率可以提高上千倍，且图形的结构越大相对的加工效率越高。本发明为微纳制造领域，光学领域，电学领域，声学领域，生物领域，MEMS制造，NEMS制造，集成电路等领域提供了一种新的有效的解决方案。
附图说明
图1为本发明制备用电子束在PMMA上曝光出圆形阵列的轮廓；
图2为本发明用黏贴层撕走PMMA轮廓以外的结构后得到的圆形柱状阵列；
图3为实施例1步骤三的结构图；
图4为实施例1步骤四的结构图；
图5为实施例1步骤五的结构图；
图6为实施例1步骤六的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细的描述。
实施例1
一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，包括以下步骤：
步骤一、提供衬底，并清洗；
步骤二、使用十三氟正辛基硅烷利用高温气体修饰法对衬底进行修饰；
步骤三、利用旋涂的方法在衬底上旋涂光刻胶PMMA得到薄膜，如图3。
步骤四、在光刻胶上加工出所需结构的轮廓如圆形，如图4所示。
步骤五、在加工出结构轮廓的薄膜上面覆盖一层黏贴层，如图5。
步骤六、揭开黏贴层及结构轮廓以外的薄膜，在衬底上留下轮廓内的微纳尺度结构，如图6。
本发明可以代替负性光刻胶制备出负性光刻胶所能制备的微纳结构，如图1，图2。
上述实施例仅仅为本发明的某些具体实施方式，并不作为本发明保护范围的限定，对其进行的简单替换和改进均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、提供衬底，并清洗；
步骤二、对衬底进行修饰降低光刻胶与衬底的粘附力；
步骤三、衬底上旋涂光刻胶得到薄膜；
步骤四、在光刻胶上加工出所需结构的轮廓；所述所需结构包括若干独立单元，独立单元外周形成有闭合的缝隙；
步骤五、在光刻胶上覆盖一层黏贴层；
步骤六、自所需结构以外的光刻胶的边沿处揭开黏贴层，黏贴层将所需结构以外的光刻胶粘走，留下所需结构即衬底上留下的微纳结构；
黏贴层与光刻胶的粘附力a大于光刻胶与衬底的粘附力b。
2.根据权利要求1所述的一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述衬底为硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、铌酸锂、金刚石、蓝宝石或ITO制成。
3.根据权利要求1所述的一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述步骤二对衬底修饰的试剂包括HMDS和十三氟正辛基硅烷；对衬底修饰的试剂通过气象法修饰在衬底表面。
4.根据权利要求3所述的一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，在供体衬底表面修饰光刻胶抗粘层为高温气体修饰法或抽真空气体修饰法；高温气体修饰法包括如下步骤：将衬底和光刻胶抗粘剂置于密闭空间中，其中，密闭空间的温度控制在60℃-800℃之间，保温1分钟以上，直接取出衬底；
所述抽真空气体修饰法包括如下步骤：将将衬底和光刻胶抗粘层置于密闭空间中，对密闭空间抽真空至光刻胶抗粘剂气化，保持1分钟以上，直接取出衬底。
5.根据权利要求3所述的一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述所述光刻胶包括PMMA,ZEP，瑞红胶，AZ胶，纳米压印胶和光固化胶。
6.根据权利要求1所述的一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述光刻胶厚度为1nm-100mm。
7.根据权利要求1所述的一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述光刻胶上加工出所需结构的轮廓的方法为电子束曝光，离子束曝光，X射线曝光，等离子体刻蚀，紫外光刻，极紫外光刻，激光直写或纳米压印。
8.根据权利要求1所述的一种选择性剥离光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述黏贴层为PDMS，紫外固化胶，热释放胶，高温胶带，PVA,纤维素或AB胶。
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