本发明专利技术公开了一种基于ＵＶ－ＬＩＧＡ工艺和ＦＩＢ刻蚀技术的三维微纳结构印章的制备及批量复制方法，首先用ＵＶ－ＬＩＧＡ工艺制备微米印章，然后用ＦＩＢ设备对微米印章进行刻蚀制备微纳米图案，使离子束能量为１～６０ｋＶ，刻蚀电流为１～１００ｐＡ，点刻蚀时间为０．０１～１ｍｓ，将所得三维微纳结构印章通过热压印或软刻蚀方法对聚合物实施纳米压印，热压印方法中的加热温度高于聚合物的玻璃转化温度１０～１００℃，所加压力为１００～３０ｋＮ，软刻蚀方法中的聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的比例为９∶１～１１∶１。本发明专利技术既能快速加工微米尺度图案，又能在其中继续加工纳米图案，从而在同一块印章上按需要制备不同长、宽、高的三维复杂微纳米图案，可批量制备耐受压力的金属印章，延长了印章的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种印章的制备方法，具体是一种利用UV-LIGA (紫外光刻电铸塑铸，下 同)工艺和FIB (聚焦离子束，下同)刻蚀技术加工三维复杂微纳结构印章，然后再利用 纳米压印技术进行批量复制三维复杂微纳结构印章的方法，属于纳米压印、微纳米图形转 移以及微电子机械系统领域。
技术介绍
微电子机械系统是将微电子、精密机械、生化和信息处理等高技术有机整合。微电子 机械系统技术在生物医疗、精密仪器、环境保护、航空航天、军事通讯等领域都有广泛的 应用，例如利用微电子机械技术制成突破通信瓶颈的全光交换机、准确检测病变的基因芯 片、比手掌还小的飞行器、重量仅有几十克的微小卫星等。在过去的二十几年里，微电子 机械系统技术得到了很大的发展并且少部分产品已成功地得到了商业化，如气体传感器、 喷墨打印机头、汽车安全气囊等。微电子机械系统技术能加工三维复杂微纳结构。三维微纳米结构在微电子机械系统、 生物芯片和微流体器件及纳米电子器件技术中得到广泛应用，因此是微电子机械系统技术 中一种常用的技术。纳米压印技术由于只需制备一块模板，就可快速、廉价、方便地加工出许多复制品， 即可以大批量、重复性地在大面积衬底上制备微纳米图形结构，并且所制出的高分辨率图 案具有相当好的均匀性和重复性。纳米压印采用高分辨率电子束或离子束等方法将纳米结 构图案制在印章上，然后用图案化的印章使聚合物材料变形而在聚合物上形成结构图案。 具体过程是首先将聚合物旋涂到衬底材料上，然后将印章和衬底一起加热到聚合物的玻璃 化温度以上，通过施加压力使聚合物变形，保持高温高压一段时间后降温减压，使聚合物 冷却到其玻璃化温度以下，聚合物图案被固化成型。这样就可以廉价高效地复制印章上的 图案结构。传统印章材料是硅或石英,其缺陷是材料本身具有脆性,加上热压印时需要加温加压, 因此多次压印后印章很容易损伤。经文献检索发现，Mohamed K., Alkaisi M. M. ， Blaikie R. J.等在《J. Vac. Sci. Technol. B》2007， 25(6)pp2357-2360撰文Fabrication of three dimensional structures for an UV curable nanoimprint lithography mold using variable dosecontrol with critical-energy electron beam exposure(使用电子束曝光可变剂 量的变化来加工适于紫外纳米压印的三维结构模板的加工，《真空科学技术B》)，其 原理是通过调整电子束曝光时电子束的剂量来形成三维结构图案，这种模板适合于紫外压 印技术，需要精确地调整电子束的曝光剂量，而且电子束刻蚀比较慢，因此这种方法难以 适合加工既有微米尺度、又有纳米尺度的复杂图案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷，提供了一种基于UV-LIGA工艺和FIB刻蚀技 术加工三维复杂微纳结构印章的新方法，然后通过纳米压印技术进行复制三维复杂微纳结 构印章，达到批量、廉价加工三维复杂微纳结构印章的目的。本专利技术三维微纳结构印章的制备方法为首先制备UV-LIGA掩膜版，然后利用紫外曝 光在硅片的光刻胶上形成微米图案，接着以胶为掩膜对硅进行RIE刻蚀，并去胶，形成硅 的微米印章，然后通过溅射在硅上沉积一薄层金属，并通过电镀在硅上形成金属，湿法刻 蚀去除硅材料得到金属微米印章；将微纳米图案导入FIB设备中，然后调节FIB的刻蚀参 数在微米印章指定处刻蚀，使离子束能量为1 60kV，刻蚀电流为1 100pA，点刻蚀时间 为0.01 lms，最后在微米印章上形成预先设定的图案，即得三维微纳结构印章。本专利技术三维微纳结构印章的批量复制方法为将三维微纳结构印章和涂聚合物的衬底 一起放入纳米压印设备中加温加压，加热温度高于该聚合物的玻璃转化温度10 100'C， 所加压力为100~30kN，然后降温减压，将印章和衬底聚合物分离，接着用RIE刻蚀去除 残留的聚合物，以聚合物为掩膜通过RIE刻蚀将聚合物的图案转移到衬底上即可。将聚二甲基硅氧垸预聚体和由含氢聚硅氧烷或多元胺组成的固化剂混合，聚二甲基硅 氧垸预聚体和固化剂的比例为9: 1 11: 1，将该混合物搅拌均匀、脱气后浇铸或旋涂于 三维微纳结构印章上，固化后从印章上揭开即可。本专利技术的有益效果是1、 综合了 UV-LIGA工艺和FIB刻蚀技术的优点，既能快速加工微米尺度图案，又能 在其中继续加工纳米图案，从而在同一块印章上可以按需要制备不同长、宽、髙的三维复 杂微纳米图案。2、 由于UV-LIGA工艺和FIB离子束刻蚀工艺都可以加工高深宽比结构，因此本专利技术 可制备高深宽比的复杂微纳米图案的印章。3、 可以批量制备耐受压力的金属印章，金属印章一方面可以延长印章的使用寿命， 另一方面又便于通过施加更大的压力从而使聚合物更好地填充印章腔体，达到完美复制的目的。4、本专利技术通过UV-LIGA工艺和FIB刻蚀技术加工三维复杂微纳结构印章并进行纳米 压印，可批量、廉价地复制三维复杂微纳结构，包含硬质结构和柔性结构。可满足微电子 机械技术对大量三维微纳米结构的各种需求，可推动微电子机械技术的发展，还可以为生 物医学领域研究生物芯片和微流体器件等提供具有三维复杂形貌的研究衬底。因此该专利技术 为微纳米极端制造领域提高了一种新的加工方法，对带动相应领域的研究具有重要意义。 具体实施例方式本专利技术首先采用UV-LIGA工艺中的紫外光刻工艺制备微米尺度印章并通过电镀形成 金属印章，然后在微米印章上用FIB对微米印章进行刻蚀制备出纳米图案。从而形成微纳 米三维复杂图案印章，最后用印章对聚合物实施纳米压印，批量得到三维复杂微纳结构。 如果只用紫外光刻，虽然制备图案批量化、效率高，但只能得到微米尺度的图案；如果只 用深紫外光刻或者FIB虽然也可以制备微米图案，但深紫外光刻成本太高、FIB刻蚀图案 效率相对较慢，因此只能用于制备纳米图案。以下对本专利技术作进一步的说明三维微纳结构印章的制备方法具体分两步骤1、 UV-LIGA工艺制备微米印章首先制备UV-LIGA掩膜版，然后利用紫外曝光在硅片的光刻胶上形成微米图案，紫外 光波波长有436nm、 405nm、 365nm、 248nm、 193nm、 157nra。接着以胶为掩膜对硅进行RIE (反应离子刻蚀，下同)刻蚀，并去胶，形成硅的微米印章。然后通过溅射在硅上沉积一 薄层金属，并通过电镀在硅上形成金属，最后通过湿法刻蚀去除硅材料，得到金属微米印 章。2、 FIB对微米印章进行刻蚀制备微纳米图案首先将微纳米图案导入FIB设备中，然后调节FIB的刻蚀参数，离子源为镓离子，离 子束能量设定为lkV至60kV之间，刻蚀电流在lpA到100pA之间，点刻蚀时间为0.01ms 至lms之间。使FIB设备在微米印章指定处进行直接刻蚀，最后在微米印章上形成预先设 定的图案，便可得到三维微纳结构印章。对上述己制备好的三维微纳结构印章，用聚合物实施纳米压印，实现三维微纳结构印 章的批量复制。用三维微纳结构印章对聚合物实施纳米压印可分为两种工艺， 一种是热压 印；另一种是软刻蚀方法。前一种热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维微纳结构印章的制备方法，其特征是采用以下两步： （１）用ＵＶ－ＬＩＧＡ工艺制备微米印章 首先制备ＵＶ－ＬＩＧＡ掩膜版，然后利用紫外曝光在硅片的光刻胶上形成微米图案，接着以胶为掩膜对硅进行ＲＩＥ刻蚀，并去胶，形成硅的微米印 章，然后通过溅射在硅上沉积一薄层金属，并通过电镀在硅上形成金属，湿法刻蚀去除硅材料得到金属微米印章； （２）用ＦＩＢ对微米印章进行刻蚀制备微纳米图案 将微纳米图案导入ＦＩＢ设备中，然后调节ＦＩＢ的刻蚀参数在微米印章指定处刻蚀，使 离子束能量为１～６０ｋＶ，刻蚀电流为１～１００ｐＡ，点刻蚀时间为０．０１～１ｍｓ，最后在微米印章上形成预先设定的图案，即得三维微纳结构印章。
【技术特征摘要】
1、一种三维微纳结构印章的制备方法，其特征是采用以下两步(1)用UV-LIGA工艺制备微米印章首先制备UV-LIGA掩膜版，然后利用紫外曝光在硅片的光刻胶上形成微米图案，接着以胶为掩膜对硅进行RIE刻蚀，并去胶，形成硅的微米印章，然后通过溅射在硅上沉积一薄层金属，并通过电镀在硅上形成金属，湿法刻蚀去除硅材料得到金属微米印章；(2)用FIB对微米印章进行刻蚀制备微纳米图案将微纳米图案导入FIB设备中，然后调节FIB的刻蚀参数在微米印章指定处刻蚀，使离子束能量为1～60kV，刻蚀电流为1～100pA，点刻蚀时间为0.01～1ms，最后在微米印章上形成预先设定的图案，即得三维微纳结构印章。2、 根据权利要求1所述的三维微纳结构印章的制备方法，其特征是所述的紫外曝 光的紫外光波...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙洪文，林善明，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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