[發明專利]一種高深寬比微柱陣列的電場誘導壓印方法

有效

• 申請號: 201310066561.7
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103159164A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 丁玉成;邵金友;胡鴻;田洪淼;李祥明;姜承寶
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G03F7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于微納制造技術領域，具體涉及一種高深寬比微柱陣列的電場誘導壓印方法。

背景技術

具有大深寬比的微結構在微電子機械系統，微光學器件以及生物微流體等領域內有著廣泛的應用，目前通常的制作大深寬比微結構的方法主要包括LIGA和ICP等。其中，LIGA即光刻、電鑄和注塑的縮寫，是一種基于X射線光刻技術的MEMS加工技術，其可以制造深寬比達100:1的大深寬比結構，但是卻需要昂貴設備；而ICP即等離子體刻蝕工藝則在成型材料上有很大的限制，且同時設備昂貴。除此之外還有物理拉伸的辦法將原有的微結構拉伸為更高的結構，這種方法雖然簡便但是需要精確的工藝參數，以免在拉伸過程中對微結構造成損壞。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高深寬比微柱陣列的電場誘導壓印方法，能夠制作大面積高深寬比聚合物微柱狀陣列，高效經濟。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種高深寬比微柱陣列的電場誘導壓印方法，包括以下步驟：

1）壓印模具的制備及處理：在晶圓表面利用光刻和刻蝕工藝加工出所需的圓孔陣列圖形結構，并對其進行低表面能處理，即在壓印模具正面制作一層厚度為20-100nm的抗粘層C₄F₈；

2）基材、電極和聚合物材料的選擇：基材和電極都采用導電平板，即ITO導電玻璃或高參雜導電硅片，聚合物材料采用熱塑性聚合物PMMA；

3）壓印及脫模：利用勻膠機在基材上旋涂一層熱塑性聚合物PMMA，其厚度為10um-50um，以10Mpa的壓力P將低表面能處理后的壓印模具壓在基材上，使壓印模具與基材緊密結合，并保證環境溫度在熱塑性聚合物PMMA的玻璃態轉換溫度以上，10-30分鐘后，冷卻至室溫，脫模，在基材上留下聚合物柱狀陣列，聚合物柱狀陣列的深寬比小于5；

4）施加外電場：利用另一塊ITO導電玻璃或高參雜導電硅片作為上電極，與基材組合形成一對平板電極，兩平板電極之間有一層空氣間隙，空氣間隙是柱狀陣列高度的2-4倍，采用直流電源，電壓調節范圍在300-500V，正極連上電極，負極連基材，對形成的PMMA微柱陣列施加外電場；

5）電場誘導再成型：再將環境溫度升至PMMA玻璃態轉化溫度以上，150-200℃，調節電壓大小，使電場力大于PMMA表面張力，持續2-10小時，直至成型過程結束；

6）聚合物的固化：在保持施加電壓不變的情況下，將環境溫度降低到室溫，PMMA固化，最終得到深寬比達到20—30的高深寬比微柱陣列。

本發明突破了常規壓印工藝不能大面積制造大深寬比柱狀陣列結構的限制，由于脫模過程對高深寬比結構的損傷，壓印工藝一般都只能制造深寬比小于5的陣列結構，通過本發明最終得到的高深寬比柱狀陣列，可以廣泛的用于微機電系統以及生物微流體領域。同時由于本發明不需要復雜的工藝控制，大大降低了加工成本，提高了加工效率。

附圖說明：

圖1-1為壓印模具主視圖。

圖1-2為壓印模具的仰視圖。

圖2為旋涂有聚合物材料基材示意圖。

圖3為將壓印模具壓在聚合物材料上的示意圖。

圖4為脫模后形成的聚合物柱狀陣列示意圖。

圖5為在加熱狀態下施加外電場進行電誘導再拉高成型示意圖。

圖6為電場誘導再成型過程中聚合物局部流變原理示意圖。

圖7為固化成型后的高深寬比聚合物微柱陣列示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作詳細描述。

一種高深寬比微柱陣列電場誘導壓印方法，包括以下步驟：

1）壓印模具的制備及處理：參照圖1，壓印模具1采用光刻和刻蝕的傳統工藝，在晶圓表面上制作微孔陣列2，完成后進行低表面能處理，即在壓印模具1正面制作一層厚度為20-100nm的抗粘層3，防止脫模時損傷微柱陣列結構，抗粘層為C₄F₈涂層；

2）基材、電極和聚合物材料的選擇：參照圖2和圖5，選擇ITO導電玻璃或高參雜導電硅片作為基材4和上電極5，二者組成一對平面平板電極，聚合物6采用具有熱塑性聚合物PMMA；