一种激光直写技术制备多级结构微阵列的方法，属于激光微加工领域。阵列制备过程中，平面几何结构由输入计算机的平面图形决定，分辨率取决于光路中的缩微镜头倍数和纳米电机的精度，可达到0.3μm；基于实验得出的曝光深度与曝光时间的关系，显影深度与显影时间的关系，通过曝光时间和显影时间的调控来控制加工尺寸的深度。本发明专利技术无需掩膜，也无需光刻制模，大大降低了阵列的制备成本，本发明专利技术具有制备多级结构的可行性，且效率高，适合于工业化生产普及。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于激光微加工领域。
技术介绍
壁虎优异的攀爬能力正是依赖于它脚掌的数百万根微米级刚毛和纳米级绒毛阵列与 接触表面接触产生的范德华力。借助于壁虎脚的灵感仿壁虎机器人能够在3维空间无障碍 的运动，在航天、反恐及日常生活领域有着广阔的应用空间。因此制备仿壁虎刚毛微纳阵列有重要意义。目前，与光刻法相关的制备微纳二级结构阵列的方法有厚胶直接光刻(附图1)(J. Micromech. Microeng. 17 (2007) R81 - R95)及光刻制模(聚氨酯材料浇注固化)(附图 2) (Christian Greiner, Eduard Arzt. Adv. Mater. 2009, 21, 479 - 482),力夕去。 歹ij 如厚胶直接光刻，其步骤为(1)旋转涂胶，烘干。( 一次掩膜光刻。( 二次旋转涂胶。二次掩膜光刻。( 显影，烘干。其中掩膜板的制备具有高昂的成本，尤其是掩模版的 价格随着特征的减小而急剧地增加，而且掩膜板一经制备则尺寸固定，无法做到自由选取 尺寸。对于光刻制模法，也用到掩膜，同时随着几何尺寸的减小，阴极模板的制备有很大困 难，大长细比的微孔也使脱模变得异常困难，容易发生结构在脱模时破坏的情况，很难制备 出完好的二级结构。激光直写技术是衍射光学元件的一种先进制作技术，随着大规模集成电路的发展 于20世纪80年代提出的，因其不需要掩模就可以在绝缘基板表面直接制备各种高精度、 复杂形状的导电层而受到广泛重视，其原理是利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材 料实施变剂量曝光，显影后在抗蚀层表面形成所要求的任意浮雕轮廓。激光直写技术最大 的问题是不能精确地控制轮廓的深度，目前主要是制作平面精密图形掩模的专用设备，用 于制作集成电路光刻掩模，也可用于制作二元光学掩模以及光栅、码盘、鉴别率板等其它特 殊图形掩模。激光直写技术还用于集成电路柔性布线，精密铺设电阻、电容等微电子元器 件，修复制备电路板存在的大量短路和缺损，从而大大提高工作效率。此外在光学方面主 要用于二元光学元件的制作和检测，光学防伪等领域(陈林森等.光电子技术与信息. 2004，17(6))。国内激光直写制作技术的水平远没有达到广泛实际应用的要求。浙大、中科 院等国内科研单位致力于进行激光直写系统、工艺的研究，苏州大学研制的数码激光立体 光刻系统，基于SLM的双光束激光直写系统，用于制作激光数码光变图像，已经实现设备出
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。该方法能用于 制备仿壁虎刚毛高长细比二级微结构阵列。一种，其特征在于包括以下步骤步骤 1、在光滑表面上(玻璃、硅片或铜片上)涂布负性光刻胶，完全曝光作为软基底；步骤2、在 软基底上按照结构总高度要求涂布负性光刻胶；步骤3、按照第N级结构平面图形，利用激 光直写装置对上述负性光刻胶进行第N级结构的曝光，并显影，则获得第N级结构；步骤4、按照第N-I级结构平面图形，利用激光直写装置对上述负性光刻胶进行第N-I级结构的 曝光，并显影，则获得带有第N-I级结构的第N级结构；步骤5、上述第N级结构指上层尺 寸较小的结构，第N-I级结构指第N级结构的下层结构；步骤6、上述激光直写制备的曝光 强度为40mW，曝光深度与曝光时间为线性关系，其比例关系为/ /;,比例系数a的范围 为1. 19^1. 52。显影深度与显影时间为二次非线性关系/Zx=力7;2+C/；，比例系数力的范围为 0. 000Γ0. 0002,比例系数C的范围为0. 20 0· 29。步骤7、上述第N级结构“扎根”于第N-I 级结构中，产生扎根深度Hm，第N级结构曝光深度为Hbn,第N级结构设计高度为Hn,三者关 系为IH 步骤8、要求上述第N级结构的曝光深度略超过设计高度，但不能深至 第Ν-2级结构，即要求#bn< H+《4，其中^lri表示第N-I级结构设计高度。步骤9、上述第 N级结构的设计高度/Zn与第N级结构的显影高度/Zxn相同。步骤10、第1级结构曝光时间 Thl无严格限制，应选择适度的过量曝光，以增加第一级结构与基底的结合力。上述制备过程的顺序特征是“自上而下”进行，即先获得上级尺寸较小的结构 (第N级结构)，然后获得第N级结构的下层结构(第N-I级结构)。相比“自下而上”，即先获 得底层基础结构，再制备上层结构，本专利技术“自上而下”是将上层结构“扎根”于下层结构 中，可以避免两层结构间结合力较差导致阵列倒伏或脱落等现象，从而根部结合牢固，制备 成功率高，重复性好。上述基于激光直写技术制备具有多级微结构阵列的方法，其特征在于上述步骤 4中的显影过程采用显影液置换的方法首先用显影液显影，然后将其置于去离子水中置 换掉残余的显影液，最后将试验置入无水乙醇中置换掉水，风干。阵列制备过程中，显影风干阶段液体挥发产生的毛细力有时会导致阵列发生粘连 倒伏现象。在显影阶段采用表面张力系数比水小的乙醇将水置换，可以减小风干时液体挥 发产生的毛细力，因此有效地降低粘连倒伏现象的发生。本专利技术采用的设备是苏州苏大维格光电科技股份有限公司研制的SVG4A-100并 行激光直写光刻机(专利公开号CN101846890A)。其扫描光束的形式为双光束方式，相比 单光束扫描激光直写系统，加工速度快，制备效率高。另外，一般并行直写系统，在实际使用 时，会发生离焦现象，由此影响光刻工件的质量。该设备通过对光学系统的改进，改善解决 了现有技术中存在的离焦问题。本专利技术是利用上述设备在激光直写技术的基础上提出的一种全新的制备二级结 构微阵列的方法，通过曝光时间和显影时间对曝光强度、扫描速度等的匹配来控制加工尺 寸的深度，具有成本低，效率高，方便快捷的特点。附图说明图1是文献(J. Micromech. Microeng. 17 (2007) R81 - R95)掩膜厚胶光刻方法制 备具有二级结构的阵列的步骤； 2^ilK(Christian Greiner, Eduard Arzt. Adv. Mater. 2009, 21, 479 - 48) 光刻制模聚氨酯浇注固化法制备具有二级结构的阵列的步骤；图3是本专利技术实验确定的负性光刻胶曝光深度与曝光时间的关系图； 图4是本专利技术实验确定的负性光刻胶显影深度与显影时间的关系图； 图5是激光直写光刻试验机原理图6是本专利技术“自上而下”方案制备具有二级结构的阵列的步骤；图7是本专利技术“自上而下”方案制备具有二级结构的阵列实物图；第二级结构的尺寸 为直径20 μ m,间距40 μ m,高度40 μ m,第一级结构尺寸直径200 μ m,间距500 μ m,高度 120ym ；图8是本专利技术“自上而下”方案制备具有二级结构的阵列实物图；第二级结构的尺 寸为直径3 μ m，间距8 μ m，高度8 μ m，第一级结构尺寸直径200 μ m，间距500 μ m，高度 152 μ m ；图9是本专利技术研制过程中“自下而上”中方案1制备具有二级结构的阵列的步骤； 图10是本专利技术研制过程中“自下而上”中方案2制备具有二级结构的阵列的步骤； 图11是本专利技术“自下而上”中方案2发生第二级结构被压入第一级结构空隙现象，实 物图12是本专利技术“自下而上”中方案2发生脱落现象，实物图； 图13是本专利技术“自本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光直写技术制备多级结构微阵列的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤１、在光滑表面上涂布负性光刻胶，完全曝光作为软基底；步骤２、在软基底上按照结构总高度要求涂布负性光刻胶；步骤３、按照第Ｎ级结构平面图形，利用激光直写装置对上述负性光刻胶进行第Ｎ级结构的曝光，并显影，则获得第Ｎ级结构；步骤４、按照第Ｎ－１级结构平面图形，利用激光直写装置对上述负性光刻胶进行第Ｎ－１级结构的曝光，并显影，则获得带有第Ｎ－１级结构的第Ｎ级结构；步骤５、上述第Ｎ级结构指上层尺寸较小的结构，第Ｎ－１级结构指第Ｎ级结构的下层结构；步骤６、上述激光直写制备的曝光强度为４０ｍＷ，曝光深度与曝光时间为线性关系，其比例关系为Ｈ↓［ｂ］＝ａＴ↓［ｂ］，比例系数ａ的范围为１．１９～１．５２；显影深度与显影时间为二次非线性关系Ｈ↓［ｘ］＝ｂＴ↓［ｘ］↑［２］＋ｃＴ↓［ｘ］，比例系数ｂ的范围为０．０００１～０．０００２，比例系数ｃ的范围为０．２０～０．２９；步骤７、上述第Ｎ级结构扎根于第Ｎ－１级结构中，产生扎根深度Ｈ↓［ｚｎ］，第Ｎ级结构曝光深度为Ｈ↓［ｂｎ］，第Ｎ级结构设计高度为Ｈ↓［ｎ］，三者关系为Ｈ↓［ｂｎ］＝Ｈ↓［ｎ］＋Ｈ↓［ｚｎ］； 步骤８、要求上述第Ｎ级结构的曝光深度超过设计高度，但不能深至第Ｎ－２级结构，即要求Ｈ↓［ｂｎ］＜ Ｈ↓［ｎ］＋ Ｈ↓［ｎ－１］，其中Ｈ↓［ｎ－１］表示第Ｎ－１级结构设计高度；步骤９、上述第Ｎ级结构的设计高度Ｈ↓［ｎ］与第Ｎ级结构的显影高度Ｈ↓［ｘｎ］相同；步骤１０、第１级结构曝光时间Ｔ↓［ｂ１］无严格限制，选择过量曝光，以增加第一级结构与基底的结合力。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于敏，浦东林，耿路峰，陈林森，戴振东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，苏州大学，
类型：发明
国别省市：84
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