[发明专利]一种基于ICP刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法

说明书

本发明公开了一种基于ICP刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法，包括以下步骤：制备母模具；制备PDMS软模具；制备掩膜层微结构；微结构刻蚀转移。本发明实现了硅基底/碳化硅基底上连续曲面微结构的一次成型制造，并且工艺性良好，适于大批量生产；通过调节抗蚀层和基底的刻蚀比例，可以实现连续曲面微结构按比例转移到基底上，转移后的微结构尺寸可控。

技术领域

本发明属于微光机电(MOEMS)制造技术领域，涉及一种基于ICP刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法。

背景技术

连续曲面三维微结构制造技术，主要用于硅基底/碳化硅基底上的连续曲面三维微结构制造。是制造连续曲面衍射结构的关键技术。同时，也可应用于其他基底连续三维微结构的制造。

目前，硅基底/碳化硅基底的连续曲面三维微结构主要是使用多次嵌套刻蚀技术，用多台阶结构逼近连续曲面。这种结构需要多套掩摸板进行套刻，工艺复杂，操作步骤繁多，由于每一步骤都不可避免地存在一定的误差，误差累积影响元件的最终质量。连续曲面三维微结构制造技术解决了此类问题。此外，硅基底/碳化硅基底电学和机械性能优良。但也因其高硬度、高稳定性，普通光学和机械加工方法不适于硅基底/碳化硅基底连续曲面三维微结构的加工。因此，需要一种高效，高精度的硅基底/碳化硅基底连续曲面三维微结构制造技术。本发明使用感应耦合等离子体刻蚀和三维连续结构转移结合的方法实现连续曲面三维微结构的制造。

公开资料中，电子束曝光制备光滑曲面微结构制造技术，使用聚焦电子束对聚合物进行融化和气化，此方法适合聚合物等有机物的微结构成型，且不适用于大面积微结构制造，大批量制造成本高。申请号201310101495.2《一种硅基三维微电池纳米电极结构》是一种三维纳米阳极电极结构制造技术。此技术采用选择性刻蚀工艺，对抗蚀层和基底的刻蚀速率比没有要求，刻蚀结构为台阶型不连续结构。以上方法均不适用于硅基底/碳化硅基底的连续曲面三维微结构制造。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种基于ICP刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法，实现连续曲面微结构一次加工成型。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于ICP刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法，其包括以下步骤：

第一步:制备母模具

母模具是预制备连续曲面微结构的初始模具；

第二步:制备PDMS软模具

把母模具安装在PDMS软模具制造装置上制备PDMS软模具；

第三步：制备掩膜层微结构

在基底上涂覆抗蚀层掩膜层，使用PDMS软模具对掩膜层模压固化成型，揭开PDMS软模具，清除抗蚀剂完成抗蚀层微结构制造；

第四部：微结构刻蚀转移

将第三步形成的基片放入ICP刻蚀机，经刻蚀，将抗蚀层的连续曲面微结构按抗蚀层和基底的刻蚀比例转移到基底上，完成基底上连续曲面微结构的制备

其中，所述第一步中，选用硅或镀镍铜合金制备连续曲面微结构母模具。

其中，所述第一步中，利用单点金刚石车床车削得到连续曲面微结构母模具。

其中，所述第二步中，将混合、消泡后的PDMS液灌入软模具制造装置，经加压固化，完成PDMS软模具制造。

其中，所述第三步中，把清洗过的基底安装在模压机上，将经过混合、消泡的抗蚀剂灌入模压机，均匀涂覆在基底上；再将PDMS软模具从基底片一侧开始接触模压，直至完全覆盖并均匀加压；固化后从一侧将PDMS软模具揭开，清除滴流的抗蚀剂完成抗蚀层微结构制造。