基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法

2023-08-03 13:35:46

專利名稱：基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法
技術領域：
本發明涉及微加工技術領域，尤其涉及一種基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法。
背景技術：
隨著微加工技術的不斷發展，在三維方向上具有複雜幾何結構的微器件成為當 前的研究熱點。三維微器件具有更大的有效工作面積，空間自固定等優點，對於人體功 能局部修復，如視網膜人工修復，具有重要意義，因此，三維微器件的製備也被認為是 實現高性能人體功能修復的關鍵技術之一。 三維微器件製備的關鍵在於三維襯底上的光刻技術，傳統的勻膠光刻以及噴膠 光刻均具有一定的局限性。例如，傳統的勻膠光刻技術無法在具有較高臺階(> 10 i！ m) 的表面實現高空間分辨的圖形化。雖然噴膠技術的出現部分地解決了襯底上存在臺階對 光刻勻膠過程帶來的制約，但目前的噴膠技術仍然無法實現在具有高深寬比的襯底上的 圖形化。這些都制約了三維微器件的製備和發展。 例如，北京大學申請號為200810119952.X的專利申請"一種基於Parylene的 三維針尖電極陣列製作方法"提供了一種採用傳統勻膠技術在具有三維針尖的襯底上進 行光刻的方法，其工藝流程示意如圖l所示。儘管其能夠成功地獲得目標三維結構，但 因受勻膠技術的限制，該方法無法在具有高密度的三維針尖陣的襯底上實現上述器件的 製備，從而也影響到該方法的實際應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種在聚合物雷射燒蝕基礎上實現的、能夠在具有高密 度、高深寬比的複雜三維結構的襯底上實現的光刻方法。 為達到上述目的，本發明的技術方案提供一種基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻 其包括如下步驟
Sl，在三維結構的襯底1上製備聚合物2 ; S2，採用雷射3對所述聚合物2進行燒蝕。
其中，在步驟S1之前還可以包括步驟在三維結構的襯底l上製備介質材料
方法，


4。
其中，所述襯底l的表面可以具有三維針尖結構，所述三維針尖可以為80ym 其中，所述襯底l可以為各向同性溼法腐蝕後的矽片。 其中，所述聚合物2可以為能夠化學氣相澱積的聚合物，例如聚對二甲苯。 其中，所述雷射3可以為二氧化碳雷射、飛秒雷射、皮秒雷射中的一種。 其中，所述介質材料4可以為與聚合物2有較大光吸收特性偏差的材料，例如
Cr/Au，其中Cr為150A， Au為2000A。
上述技術方案具有如下優點本發明通過在三維結構的襯底上塗敷聚合物，然 後利用雷射來燒蝕該聚合物的工藝，實現了在複雜的三維結構的襯底上完成高性能的光 刻，該工藝可以在不同的微加工工藝中應用，尤其適用於需要具有密度、高深寬比的復 雜三維結構的人體功能修復器件的製備中應用；通過該聚合物能夠保障襯底在後續的操 作過程中不至於受損，因而具有保形澱積的優勢；且通過在襯底和聚合物之間添加的介 質材料可進一步保護襯底，以減少雷射燒蝕對襯底的物理損傷。


圖1是現有技術中三維針尖電極陣列製作方法的工藝流程示意；
圖2是本發明實施例的三維光刻方法的工藝流程示意。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實 施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。 如圖2所示，依照本發明實施例的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法包括步 驟 首先，利用微加工工藝製備三維結構的襯底1，其中，襯底l可以為各向同 性溼法腐蝕後的矽片，其表面可以有三維針尖結構，該三維針尖的高度可以為，例如 80iim，底面直徑也為80iim。三維襯底1也可以採用其他微加工工藝獲得，其上可以 具有高深寬比的微槽、高密度微針尖等各種複雜的三維微結構。
其次，進行以下步驟 (a):在三維結構的襯底1上製備介質材料4。介質材料4的製備方法可以為常 規的濺射或蒸發，並且介質材料4可以選用與後序步驟中形成的聚合物2具有較大光吸收 特性偏差的材料。在製備介質材料4之後，可以對襯底1進行清洗及表面修飾。
(b):在介質材料4上製備聚合物2。其中，聚合物2例如採用化學氣相澱積聚 對二甲苯來形成，沉積厚度可以為，例如3ym。介質材料4可以為與聚合物2有較大的
光吸收特性偏差的材料，例如金，或者Cr/Au，其中可以是Cr為^oA， Au為20聽l
(c):採用雷射3對聚合物2進行選擇性燒蝕，以燒蝕掉襯底l上的目標區域的聚 合物2，使三維襯底l上的介質層4暴露出來(燒蝕後的結果如圖2中的(d)所示)。其 中，雷射3可以為熱加工雷射，如二氧化碳雷射，或者冷加工雷射，如飛秒雷射或皮秒 雷射。其中，燒蝕聚合物2之後的圖2(d)對應於圖l(d)的階段。後續工序中針對不同 的工藝目的，可以完全去除所燒蝕區域的聚合物2(如圖1的工藝)或部分去除所燒蝕區域 的聚合物2，以用於其他工藝。利用該雷射3使得此工藝無需傳統光刻中的紫外光系統， 而是以能夠燒蝕聚合物2的雷射3代替了傳統光刻中的紫外光。 在上述實施例中，通過該聚合物的保形覆蓋能夠保障襯底在後續的操作過程中 不至於受損，因而具有保形澱積的優勢，且此工藝無需傳統光刻中的旋塗光刻膠或噴塗 光刻膠，而可以對各種複雜的三維結構進行全面保護；通過在襯底和聚合物之間添加的 介質材料可進一步保護襯底，以減少雷射燒蝕對襯底的物理損傷。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進 和變型也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其包括如下步驟S1，在三維結構的襯底(1)上製備聚合物(2)；S2，採用雷射(3)對所述聚合物(2)進行燒蝕。
2. 如權利要求1所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在於，在所述步 驟Sl之前還包括步驟在所述三維結構的襯底(1)上製備介質材料(4)。
3. 如權利要求1所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在於，所述襯底 (l)的表面具有三維針尖結構。
4. 如權利要求3所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在於，所述三維 針尖結構為80iim高。
5. 如權利要求1-4中任一項所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在 於，所述襯底(l)為各向同性溼法腐蝕後的矽片。
6. 如權利要求1所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在於，採用化學 氣相澱積以形成所述聚合物(2)。
7. 如權利要求6所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在於，所述聚合 物(2)為聚對二甲苯。
8. 如權利要求1-4中任一項所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在 於，所述雷射(3)為二氧化碳雷射、飛秒雷射、皮秒雷射中的一種。
9. 如權利要求2所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在於，所述介質 材料(4)為與聚合物(2)有光吸收特性偏差的材料。
10. 如權利要求9所述的基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其特徵在於，所述介 質材料(4)為Cr/Au，其中Cr為150A，Au為2000全文摘要
本發明公開了一種基於聚合物雷射燒蝕的三維光刻方法，其包括如下步驟S1，在三維結構的襯底上製備聚合物；S2，採用雷射對所述聚合物進行燒蝕。本發明的技術方案實現了在複雜的三維結構的襯底上完成高性能的光刻，該工藝可以在不同的微加工工藝中應用，尤其適用於需要具有密度、高深寬比的複雜三維結構的人體功能修復器件的製備中應用。
文檔編號G03F7/00GK101692152SQ200910235550
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月19日 優先權日2009年10月19日
發明者李志宏, 王雲姍, 王瑋 申請人:北京大學