專利名稱：一種幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法，尤其是一種在電場誘導(dǎo)光固化膠流變過程中，通過幾何限制約束光固化膠的流變行為，實現(xiàn)微米級或是納米級結(jié)構(gòu)的微復(fù)型方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的光學(xué)投影光刻工藝?yán)霉獠ǎ高^掩膜板來進行選擇性曝光，從而把模板上的圖形轉(zhuǎn)移到預(yù)先涂覆有光固化膠的基板上，再通過顯影液的浸泡，進而得到所需要的圖形。光刻工藝是超大規(guī)模集成電路中的核心工藝，因此在現(xiàn)階段的微納制造技術(shù)領(lǐng)域得到了最為成熟的發(fā)展。但是，隨著特征尺寸的不斷減小，現(xiàn)有的光學(xué)投影光刻技術(shù)幾乎達到了其衍射極限，要研發(fā)相應(yīng)的光刻設(shè)備所付出的技術(shù)和資金代價都非常昂貴，因此業(yè)界人士紛紛將注意力轉(zhuǎn)移到下一代光刻技術(shù)上。德國Konstanz大學(xué)的khaffer等人和Princeton大學(xué)的Chou等人使用高粘度熱塑性材料進行無約束電場誘導(dǎo)技術(shù)的研究。他們提出了在高溫情況下，聚合物處于流體狀態(tài)，通過在模板和聚合物之間加電來實現(xiàn)對聚合物的誘導(dǎo)拉伸作用，從而實現(xiàn)微細結(jié)構(gòu)的微復(fù)型。這種方法設(shè)備簡單，操作簡便，但是同樣存在著不可忽視的缺陷。第一、在圖形區(qū)域內(nèi)通過融合進行復(fù)型，可能會出現(xiàn)融合過度或是融合不足，產(chǎn)生缺陷；第二、一旦聚合物接觸到模板，不受約束的聚合物在毛細力的作用下會爬上模板圖形結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，影響復(fù)型的精確性；第三、高溫環(huán)境下操作存在一定的技術(shù)困難，并且與現(xiàn)有半導(dǎo)體加工技術(shù)不兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的電誘導(dǎo)流變成形存在的結(jié)構(gòu)不均勻，容易出現(xiàn)缺陷，工作溫度高的缺點，提供一種幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法，該方法選用UV光固化膠作為阻蝕膠，采用幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型，常溫下在UV光固化膠上加工出高精度、低缺陷的微納結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法，包括以下步驟1)模板的制備及處理制備具有圖形結(jié)構(gòu)的模板，并進行表面處理；2)基材的選擇和勻膠采用高摻雜的硅片作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂UV光固化膠，UV光固化膠的厚度為納米級至微米級；3)將處理過的模板壓在UV光固化膠上將處理過的模具壓在UV光固化膠上，只要保證模板與UV光固化膠接觸即可；4)外加直流電源
采用直流電源，作為模板的ITO導(dǎo)電層接電源的正極，作為基材的高摻硅接電源負極，調(diào)節(jié)電壓大小，使UV光固化膠所受的電場力足以克服表面張力，驅(qū)動光固化膠的流變行為；5)幾何約束下的電誘導(dǎo)復(fù)型使UV光固化膠在穩(wěn)定的電壓下保持0. 25小時到4小時，直至復(fù)型過程結(jié)束；6) UV光固化膠的固化在保持電壓不變的情況下利用紫外光通過透明模板照射已完成復(fù)型的液態(tài)UV光固化膠，固化電誘導(dǎo)復(fù)型所得的微納結(jié)構(gòu)；7)脫模后處理利用氧氣進行干法刻蝕，去除非圖形區(qū)殘余的UV光固化膠。進一步，步驟1)模板的制備及處理方法為在導(dǎo)電納米銦錫金屬化合物玻璃表面沉積上一層二氧化硅，然后在二氧化硅層上用光刻工藝加工出所需要的圖形結(jié)構(gòu)，得到所需模板，或是采用光刻工藝首先在導(dǎo)電納米銦錫金屬化合物玻璃表面上加工出所需圖形結(jié)構(gòu)，然后采用套刻工藝在適當(dāng)位置淀積Si02，得到所需模板。進一步，在步驟3)中，以IOMpa的壓力將處理過的模具壓在UV光固化膠上。進一步，在步驟4)中，電壓調(diào)節(jié)范圍在0-300V連續(xù)可調(diào)。本發(fā)明具備以下有益效果采用本發(fā)明的幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法得到的微納結(jié)構(gòu)具有精度高、缺陷少的特點，此種方法既可以避免傳統(tǒng)光刻的衍射極限的限制，又極大改善了無約束電誘導(dǎo)流變成形技術(shù)中存在的缺陷多、溫度高的問題。由于本發(fā)明不需要昂貴的光刻設(shè)備與溫度的精確控制，因此本方案大大降低了加工成本，提高了加工效率。本技術(shù)方案可以廣泛的應(yīng)用在微傳感器、芯片實驗室、高電容解耦式電容器、太陽能電池、平板式顯示器(0LED、 SED、LCD)等方面。


圖1-1和圖1-2為模板的主視示意圖2為涂覆有UV光固化膠的基材的示意圖3為將模板壓在UV光固化膠上的示意圖4為電誘導(dǎo)過程中光固化膠局部電場輔助原理示意圖5為施加電場進行輔助誘導(dǎo)示意圖6為UV光線固化示意圖7為光固化膠固化后脫去模板得到的初始微納結(jié)構(gòu)示意圖
圖8為采用干法刻蝕處理初始微納結(jié)構(gòu)的示意圖9為干法刻蝕后得到的微納結(jié)構(gòu)示意圖10為最終得到的微納結(jié)構(gòu)的仰視示意圖。
具體實施例方式下面，將結(jié)合附圖相信說明幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型工藝過程如圖所示，在ITO玻璃1表面淀積上一層二氧化硅2，并進行光刻、刻蝕及表面處理的工藝，如附圖1-1所示，或是在ITO玻璃上進行光刻、刻蝕等工藝，然后采用套刻工藝淀積Si02，最后進行表面處理工藝，如圖1-2所示，在高摻硅基材5上旋涂UV光固化膠4的工藝，如附圖2所示，將制備好的模板以IOMPa的壓力壓在UV光固化膠4上的工藝，如圖3所示，在模板和高摻硅基材之間接直流電源6進行幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型工藝，如圖5 所示，在保持電壓的情況下，通過紫外光8進行固化的工藝，如圖6所示，圖7為脫去模板之后得到的初始微納結(jié)構(gòu)的示意圖，對脫去模板之后的初始微納結(jié)構(gòu)進行去除留膜的工藝9， 如圖8所示，圖9為去除留膜后得到的最終微納結(jié)構(gòu)的主視示意圖，圖10為最終制得的微納結(jié)構(gòu)仰視示意圖。上述方法，可以實現(xiàn)的微納結(jié)構(gòu)尺寸為模具凸起的部分尺寸Wl為納米級至微米級，模具凹陷部分尺寸《2為納米級至微米級，高摻硅基材上旋涂的UV光固化膠尺寸hi為納米級至微米級，得到的初始微納結(jié)構(gòu)凸起部分尺寸w3為納米級至微米級，初始微納結(jié)構(gòu)凹陷部分尺寸《4為納米級至微米級，得到的最終微納結(jié)構(gòu)高度h4為納米級至微米級，最終微納結(jié)構(gòu)寬度《3為納米級至微米級。本發(fā)明擺脫了常規(guī)光刻工藝中衍射極限的限制，也解決了無約束電場誘導(dǎo)流變成形中的高溫、缺陷多的問題，相較這兩者，本發(fā)明在電場誘導(dǎo)成型的過程中加入了幾何約束，同時采用UV固化膠，既限制了光固化膠的流動任意性，使之更符合所期望的方向，可以得到更為精確，更為均勻的微納結(jié)構(gòu)，也實現(xiàn)了工藝的常溫化，使其可以與其他成熟的半導(dǎo)體工藝兼容，減低了操作難度。這種采用幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型工藝的具體實施過程為1)模板的制備與處理模板采用導(dǎo)電納米銦錫金屬氧化物(ITO)玻璃1作為制作模板的基材，在其上沉積一層SiO2,并在該層上采用傳統(tǒng)光刻的方法加工出圖形結(jié)構(gòu)，然后將殘留的SiA刻蝕去除，從而得到最終的SiA的圖形結(jié)構(gòu)3，或是在ITO層2上采用傳統(tǒng)光刻工藝加工出圖形結(jié)構(gòu)，然后采用套刻工藝淀積一層SiO2,最后將制得的模板進行表面處理，降低表面能，防止脫模時損傷復(fù)型所得的微納結(jié)構(gòu)。模板制備的目標(biāo)就是得到凹陷部分2為導(dǎo)電層，凸起部分3為絕緣層的結(jié)構(gòu)；2)基材的選擇和勻膠選擇高摻硅片5作為基材，用勻膠機在其上旋涂UV光固化膠4，UV光固化膠的厚度hi為納米級到微米級。3)將處理過的模板壓在UV光固化膠上。以IOMP的壓力P將處理過的模板壓在 UV光固化膠4上，以保證兩者可以剛剛接觸。4)外加直流電源采用實驗室直流電源6(電壓0-300V連續(xù)可調(diào))，模板上的導(dǎo)電納米銦錫金屬氧化物ITO玻璃層2接直流電源的正極，作為基材的高摻硅片5接電源的負極。調(diào)節(jié)直流電源6的大小，使電場力增大至可以克服UV光固化膠的表面張力，從而驅(qū)動 UV光固化膠4的流變。5)進行幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型使UV光固化膠在穩(wěn)定的電壓下保持0.25 小時到4小時，直至復(fù)型過程結(jié)束。如圖4所示，處于兩凸起結(jié)構(gòu)3之間的UV光固化膠受到一個向上的電場力Pe，電場力Pe可以使此處的UV光固化膠克服表面張力和大氣壓強向上流動，當(dāng)UV光固化膠向上開始流動后，由于UV光固化膠與模板的接觸角小于90度，所以此時表面張力跟電場力共同作為光固化膠向上流動的動力，最終在微復(fù)型過程中形成了與模板互補的圖形結(jié)構(gòu)7.
6) UV光固化膠的固化在保持穩(wěn)定電壓的前提下，采用商用UV固化設(shè)備產(chǎn)生紫外線8，利用紫外光通過透明模板照射已完成復(fù)型的液態(tài)UV固化光固化膠，固化電誘導(dǎo)復(fù)型所得的微納結(jié)構(gòu)，脫去模板，即可得到初步的微納結(jié)構(gòu)7。7)脫模后處理采用干法刻蝕的方法處理初步的微納結(jié)構(gòu)7，去除掉殘留的UV光固化膠，從而得到最終的微納結(jié)構(gòu)10。幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型，是使液態(tài)UV固化光固化膠在電場驅(qū)動下在幾何約束內(nèi)產(chǎn)生定向定區(qū)域的流變，從而將模板上的圖型轉(zhuǎn)移到UV光固化膠上。該復(fù)型過程， 充分利用了 UV光固化膠其自身的流變特性及幾何約束，大大減小了無幾何約束下電場誘導(dǎo)可能出現(xiàn)各種缺陷的機會。該種方法具有簡單易行，成本低的特點，只需要一個合適的外加電場，即可實現(xiàn)UV光固化膠的自主流動成型，得到所需要的復(fù)型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的基本工作原理施加一定的壓力，使模板接觸光固化膠即可，固化之前 UV光固化膠具有流動性，施加合適的電場，在幾何條件約束下，約束區(qū)域內(nèi)的UV光固化膠一個向上的電場，一般情況下，初始狀態(tài)，電場力需要克服液膜的表面張力，然而一旦光固化膠流動至模板凹陷內(nèi)，由于模板對于UV光固化膠是潤濕的，因此，表面張力和電場力共同作用克服模板凹陷內(nèi)的殘留氣體的氣壓壓力對UV光固化膠產(chǎn)生向上拉升的作用力，維持一段時間后，待UV光固化膠完成復(fù)型，對其采用紫外使其固化，光固化膠就不再具有流動性，最后脫去模板，在進行氧氣干法刻蝕去除非圖形區(qū)的留膜，即可得到所需要的微納結(jié)構(gòu)。用這種方法得到的微納結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)光刻工藝得到的微納結(jié)構(gòu)尺寸更小，缺陷更少，加工效率更高。同時，由于幾何約束的存在，限制了無約束條件下固化膠的流動任意性，得到的微納結(jié)構(gòu)更加均勻，精確度更高。綜上所述，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)光刻工藝中存在的衍射極限的問題，同時也克服了無約束電場誘導(dǎo)中容易出現(xiàn)缺陷、工作溫度高的不足。本發(fā)明采用幾何約束下的電場誘導(dǎo)， 使約束區(qū)域內(nèi)光固化膠受力流變，得到更為精確的微細結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法，其特征在于，包括以下步驟1)模板的制備及處理制備具有圖形結(jié)構(gòu)的模板，并進行表面處理；2)基材的選擇和勻膠采用硅片作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂UV光固化膠，UV光固化膠的厚度為納米級至微米級；3)將處理過的模板壓在UV光固化膠上將處理過的模具壓在UV光固化膠上，只要保證模板與UV光固化膠接觸即可；4)外加直流電源采用直流電源，作為模板的ITO導(dǎo)電層接電源的正極，作為基材的高摻硅接電源負極， 調(diào)節(jié)電壓大小，使UV光固化膠所受的電場力足以克服表面張力，驅(qū)動光固化膠的流變行為；5)幾何約束下的電誘導(dǎo)復(fù)型使UV光固化膠在穩(wěn)定的電壓下保持0. 25小時到4小時，直至復(fù)型過程結(jié)束；6)UV光固化膠的固化在保持電壓不變的情況下利用紫外光通過透明模板照射已完成復(fù)型的液態(tài)UV光固化膠，固化電誘導(dǎo)復(fù)型所得的微納結(jié)構(gòu)；7)脫模后處理利用氧氣進行干法刻蝕，去除非圖形區(qū)殘余的UV光固化膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法，其特征在于，在步驟1) 模板的制備及處理方法為在導(dǎo)電納米銦錫金屬化合物玻璃表面沉積上一層二氧化硅，然后在二氧化硅層上用光刻工藝加工出所需要的圖形結(jié)構(gòu)，得到所需模板，或是采用光刻工藝首先在導(dǎo)電納米銦錫金屬化合物玻璃表面上加工出所需圖形結(jié)構(gòu)，然后采用套刻工藝在適當(dāng)位置淀積Si02，得到所需模板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法，其特征在于，在步驟3) 中，以IOMpa的壓力將處理過的模具壓在UV光固化膠上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何約束下的電場誘導(dǎo)微復(fù)型方法，其特征在于，在步驟4) 中，電壓調(diào)節(jié)范圍在0-300V連續(xù)可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種幾何約束下電場誘導(dǎo)的微復(fù)型方法，該方法為制備具有一定圖形結(jié)構(gòu)的模板，并進行相應(yīng)的表面處理，在模板和涂覆有光固化膠的基材之間引入合適的電場，使光固化膠在電場力作用下完成微復(fù)型過程，然后用紫外線曝光固化，再采用干法氧氣刻蝕進行后處理，從而制得與模板的圖形結(jié)構(gòu)互補的微納結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種微納器件的加工，例如芯片實驗室、高電容解耦式電容器、太陽能電池、平板式顯示器(OLED、SED、LCD)等。這種微復(fù)型工藝制備的圖形結(jié)構(gòu)與模板的圖形結(jié)構(gòu)相符，其特征結(jié)構(gòu)尺寸為微米級至納米級。
文檔編號G03F7/00GK102243436SQ20111015064
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者丁玉成, 劉紅忠, 李欣, 李祥明, 田洪淼, 邵金友 申請人:西安交通大學(xué)