CN111115564A - 一种干法转印光刻胶制备微纳结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种干法转印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并显影得到所需的结构，再利用黏贴层选择性的把光刻胶从衬底上剥离，把剥离下来的光刻胶转移释放到所需要的衬底上，然后镀金属并lift‑off处理，本发明突破了传统加工对衬底材料，形状和尺寸的限制，可实现任意衬底上微纳结构的制备。

Description

一种干法转印光刻胶制备微纳结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种干法转印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，无线电领域，生物领域，MEMS领域，NEMS领域。
技术背景：
微纳制造技术是指尺度为毫米、微米和纳米量级的零件，以及由这些零件构成的部件或系统的设计、加工、组装、集成与应用技术，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。基于半导体制造工艺的光刻技术是最常用的手段之一。传统的光刻技术主要是通过在硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序，然而传统的光刻技术在衬底的材料，形状，粘附性，导电性，平整度等方面受到很大的限制，特别的，对于不导电非平面衬底上微纳结构的高精度制备面临着很大的挑战。以上这些极大的影响了微纳制造及相关领域的发展。
lift-off：剥离工艺。
发明内容：
为了克服上述技术问题，本发明公开了一种干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，本发明采用一种干法转印(光刻胶)制备微纳结构的新方法，可有效解决在不导电衬底，曲面衬底，柔性衬底，润湿性能差的衬底上极难加工微纳结构的问题。本发明为光学领域，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有效的解决方案。
一种干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，包括以下步骤：
步骤一、提供供体衬底和受体衬底，并清洗；
步骤二、供体衬底上旋涂光刻胶得到薄膜；
步骤三、在光刻胶上加工出所设计的图案；
步骤四、在加工出图案后的光刻胶上覆盖一层黏贴层；
步骤五、揭开黏贴层，同时黏贴层及图案化之后的光刻胶一起从供体衬底上剥离下来；
步骤六、把剥离下来的带有图案化光刻胶的黏贴层粘附于受体衬底上；
步骤七、把光刻胶释放于受体衬底上，同时撕走黏贴层，完成光刻胶的转移；
步骤八、以转移后的光刻胶为掩膜，对衬底进行镀功能材料薄膜；
步骤九、对镀膜后的样品进行lift-off以去除光刻胶及其上面的金属；
其中步骤五中，黏贴层和光刻胶间附着力大于光刻胶与供体衬底的粘力；步骤六中，光刻胶与受体衬底的粘力大于黏贴层和光刻胶间附着力，所述步骤七中释放的过程通过控制释放时环境的温度或者释放时剥离黏贴层的速度来实现黏贴层附着力大小的转换。
进一步的改进，供体衬底清洗后在衬底表面修饰光刻胶抗粘层降低光刻胶与供体衬底的附着力。
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剂气化，保持1分钟以上，直接取出衬底。
进一步的改进，所述光刻胶抗粘层包括HMDS和十三氟正辛基硅烷；光刻胶抗粘层镀在衬底表面。
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，所述光刻胶包括PMMA、ZEP、瑞红胶、AZ胶、纳米压印胶和光固化胶；光刻胶厚度为1nm-100mm。
进一步的改进，所述步骤三中，加工出所设计的图案的方法包括电子束曝光，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，激光直写和纳米压印。
进一步的改进，所述功能材料包括金属和非金属；所述金属包括纯金属和合金；纯金属包括金、银、铝、铜、铬、钛和镍；合金包括镍铬合金，碳化硅和氮化硅；非金属包括氧化硅和半导体；所述半导体包括硅和锗。
进一步的改进，所述黏贴层包括PDMS、紫外固化胶、热释放胶、高温胶带、普通胶带、PVA、纤维素和AB胶。
上述干法转印光刻胶制备微纳结构的方法制得的微纳结构，所述微纳结构用于微纳制造，光学领域，电学，生物领域，MEMS领域或NEMS领域。
本发明的有益效果在于，解决了现有的湿法功能材料剥离在成功率低，衬底材料有限，微纳结构尺寸及精度难以满足现有需求等方面的瓶颈，采用本发明的方法不仅可以实现湿法剥离可以制备的任意结构，而且可以突破传统湿法lift-off成功率低，对样品的衬底受限，对极小尺度、极高精度、极高密度纳米结构制备的的限制，对光刻胶厚度与功能材料比例需要优于3:1的限制。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为实施例1步骤三的结构示意图；
图2为实施例1步骤四的结构示意图；
图3为实施例1步骤五的结构示意图；
图4为实施例1步骤六的结构示意图；
图5为实施例1步骤七的结构示意图；
图6为实施例1步骤八的结构示意图；
图7为实施例2步骤四的结构示意图；
图8为实施例2步骤五的结构示意图；
图9为实施例2步骤六的结构示意图；
图10为实施例2步骤七的结构示意图；
图11为实施例2步骤八的结构示意图。
其中光刻胶1、供体衬底2、黏贴层3、受体衬底6。
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
一种干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，包括以下步骤：
步骤一、提供供体衬底和受体衬底，并清洗。
步骤二、使用HMDS并采用高温气体修饰法对衬底进行修饰。
步骤三、利用旋涂的方法在供体衬底上旋涂正光刻胶得到薄膜，如图1所示。
步骤四、在光刻胶上加工出所设计的图案，如图2所示。
步骤五、在加工出图案后的光刻胶上覆盖一层黏贴层，如图3所示。
步骤六、揭开黏贴层，同时黏贴层及图案化之后的光刻胶会一起从供体衬底上剥离下来，如图4所示。
步骤七、把剥离下来的带有图案化光刻胶的黏贴层粘附于受体衬底上，如图5所示。
步骤八、把光刻胶释放于受体衬底上，同时撕走黏贴层，完成光刻胶的转移，如图6所示。
步骤九、以转移后的光刻胶为掩膜，对衬底进行镀功能材料薄膜
步骤十、对镀膜后的样品进行lift-off以去除光刻胶及其上面的金属。
实施例2
一种干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，包括以下步骤：
步骤一、提供供体衬底和受体衬底，并清洗。
步骤二、使用十三氟正辛基硅烷，采用抽真空气体修饰法对供体衬底进行修饰。
步骤三、利用旋涂的方法在供体衬底上旋涂光刻胶得到薄膜，如图1所示。
步骤四、在光刻胶上加工出所设计的图案，如图7所示。
步骤五、在加工出图案后的光刻胶上覆盖一层黏贴层，如图8所示。
步骤六、揭开黏贴层，同时黏贴层及图案化之后的光刻胶会一起从供体衬底上剥离下来，如图9所示。
步骤七、把剥离下来的带有图案化光刻胶的黏贴层粘附于受体衬底上，如图10所示。
步骤八、把光刻胶释放于受体衬底上，同时撕走黏贴层，完成光刻胶的转移，如图11所示。
步骤九、以转移后的光刻胶为掩膜，对衬底进行镀功能材料薄膜
步骤十、对镀膜后的样品进行lift-off以去除光刻胶及其上面的金属。
上述实施例仅仅为本发明的具体实施方式，并不作为对本发明的限定，对其进行的简单改进和替换也均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种干法转印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、提供供体衬底和受体衬底，并清洗；
步骤二、供体衬底上旋涂光刻胶得到薄膜；
步骤三、在光刻胶上加工出所设计的图案；
步骤四、在加工出图案后的光刻胶上覆盖一层黏贴层；
步骤五、揭开黏贴层，同时黏贴层及图案化之后的光刻胶一起从供体衬底上剥离下来；
步骤六、把剥离下来的带有图案化光刻胶的黏贴层粘附于受体衬底上；
步骤七、把光刻胶释放于受体衬底上，同时撕走黏贴层，完成光刻胶的转移；
步骤八、以转移后的光刻胶为掩膜，对衬底进行镀功能材料薄膜；
步骤九、对镀膜后的样品进行lift-off以去除光刻胶及其上面的金属；
其中步骤五中，黏贴层和光刻胶间附着力大于光刻胶与供体衬底的附着力；步骤六中，光刻胶与受体衬底的附着力大于黏贴层和光刻胶间附着力，所述步骤七中释放的过程通过控制释放时环境的温度或者释放时剥离黏贴层的速度来实现黏贴层附着力大小的转换。
2.如权利要求1所述的干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，供体衬底清洗后在供体衬底表面修饰光刻胶抗粘层降低供体衬底与光刻胶的粘附力。
3.如权利要求2所述的干法转印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剂置于密闭空间中，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。
4.如权利要求2所述的干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述光刻胶抗粘层包括HMDS和十三氟正辛基硅烷；光刻胶抗粘层镀在衬底表面。
5.如权利要求1所述的干法转印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、石英、玻璃、氮化硅、碳化硅、铌酸锂、金刚石、蓝宝石或ITO制成。
6.如权利要求2所述的干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述光刻胶包括PMMA、ZEP、瑞红胶、AZ胶、纳米压印胶和光固化胶；光刻胶厚度为1nm-100mm。
7.如权利要求1所述的干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述步骤三中，加工出所设计的图案的方法包括电子束曝光，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，激光直写和纳米压印。
8.如权利要求1所述的干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述功能材料包括金属和非金属；所述金属包括纯金属和合金；纯金属包括金、银、铝、铜、铬、钛和镍；合金包括镍铬合金，碳化硅和氮化硅；非金属包括氧化硅和半导体；所述半导体包括硅和锗。
9.如权利要求1所述的干法转印光刻胶制备微纳结构的方法，其特征在于，所述黏贴层包括PDMS、紫外固化胶、热释放胶、高温胶带、普通胶带、PVA、纤维素和AB胶。
10.权利要求1-9任一种干法转印光刻胶制备微纳结构的方法制得的微纳结构，所述微纳结构用于微纳制造，光学领域，电学，生物领域，MEMS领域或NEMS领域。
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