一種超聲振動制備微納米織構(gòu)的方法
【專利摘要】一種超聲振動制備微納米織構(gòu)的方法，屬于硅表面微納米織構(gòu)的制備方法。該方法：首先利用勻膠機在基板表面均勻的涂覆一層光刻膠；將帶有光刻膠的基板在激光干涉系統(tǒng)中進行干涉曝光，實現(xiàn)對光刻膠的織構(gòu)化處理；最后將基板置于超聲加工系統(tǒng)中進行加工，無光刻膠覆蓋區(qū)域的基板材料將被去除，隨著超聲加工時間的增加，去除深度將逐漸增大，控制激光干涉光刻的曝光參數(shù)、超聲振動加工參數(shù)實現(xiàn)尺寸可控、大面積的周期性微納米織構(gòu)制備。優(yōu)點：采用超聲振動加工無污染、操作簡單，超聲加工過程中，不會破壞基板表面的光刻膠層，圖形轉(zhuǎn)移效果好；改變振動工具的大小實現(xiàn)不同面積的加工；超聲波振動的加工精度高、表面質(zhì)量好，基板在加工過程中受力較小。
【專利說明】一種超聲振動制備微納米織構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備尺寸可控、大面積周期性微納米織構(gòu)的方法，尤其是一種超聲振動制備微納米織構(gòu)的方法。
技術(shù)背景
[0002]微機電系統(tǒng)(MEMS)以其質(zhì)量輕、體積小、能耗低等優(yōu)勢逐漸在數(shù)字通信、醫(yī)療、環(huán)境工程、航空航天、工業(yè)、武器及傳感技術(shù)等領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。單晶硅具有優(yōu)良的機械和物理性能，且與微電子集成電路工藝兼容性好，是M/NEMS中的主要結(jié)構(gòu)材料。微納米織構(gòu)可以有效的改善材料的表面性能，因此，硅表面的微納米織構(gòu)的制備是近年來國內(nèi)外的一個研究熱點。目前，常用于織構(gòu)化單晶硅表面的加工方法有高能束直寫、掃描探針加工、納米壓印及掩膜光刻等，但它們均具有一定的缺陷，例如高能束直寫設(shè)備昂貴且所制備織構(gòu)表面較粗糙；掃描探針加工效率低且很難實現(xiàn)大面積加工；掩膜光刻無法實現(xiàn)尺寸可控、大面積微納米織構(gòu)的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、高效、尺寸可控、可實現(xiàn)大面積周期性表面的超聲振動制備微納米織構(gòu)的方法。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該方法首先利用勻膠機在基板表面均勻的涂覆一層光刻膠；將帶有光刻膠的基板在激光干涉系統(tǒng)中進行干涉曝光，實現(xiàn)對光刻膠的織構(gòu)化處理；最后將基板置于超聲加工系統(tǒng)中進行加工，無光刻膠覆蓋區(qū)域的基板材料將被去除，隨著超聲加工時間的增加，去除深度將逐漸增大，通過控制激光干涉光刻的曝光參數(shù)、超聲振動加工參數(shù)實現(xiàn)尺寸可控、大面積的周期性微納米織構(gòu)制備。
[0005]具體步驟如下:
[0006](I)采用硅基板，依次在丙酮、酒精和去離子水中超聲振動清洗后，將基板置于高溫真空干燥箱中干燥，接著在其表面涂覆一層六甲基二硅胺；
[0007](2)將光刻膠均勻的涂覆在基板表面，接著在真空干燥箱中進行前烘；待前烘后的基板在空氣中自然冷卻后，將基板置于激光干涉系統(tǒng)中進行曝光；所述的前烘為:90°C的真空干燥箱中前烘20分鐘；
[0008](3)將曝光后的基板在80?100°C的真空干燥箱中后烘10?20分鐘，待自然冷卻后放入顯影液池中進行清洗，使干涉圖樣記錄在基板上，并用去離子水沖洗掉基板表面殘留的顯影液，接著將基板置于100?120°C恒溫真空干燥箱中進行硬烘烤；
[0009](4)待硬烘烤后的基板在空氣中自然冷卻后，將其置于超聲加工系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)超聲振動工具的振幅為0.01?0.1mm，頻率為16?25kHz，設(shè)定超聲加工時間為0.5s?5min，將光刻膠圖形按1:1復(fù)制在基板表面；
[0010](5)超聲加工達到50nm?100 μ m的深度后，將基板放入去膠液池中進行清洗，以除去其表面剩余的光刻膠，然后用丙酮、酒精和去離子水反復(fù)超聲清洗基板。[0011]所述的步驟⑴中，硅基板為單晶硅(100)；
[0012]所述的步驟(I)中，依次用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗3?5min ；
[0013]所述的步驟(I)中的六甲基二硅胺，它是一種含Si的有機分子，與硅和光刻膠均有很好的黏附性。
[0014]所述的步驟(2)中的光刻膠，經(jīng)由紫外激光照射后可以發(fā)生固化反應(yīng)，顯影后將被去除；所述的步驟(2)中，激光干涉的激光器為脈沖激光器DSH-355-10，加工時控制激光器的功率在IOmW?IOOmW,曝光時間由GC1-37精密電子開關(guān)控制，通過改變激光器的功率和曝光時間，可以在光刻膠表面實現(xiàn)周期大小為IOOnm?10 μ m、不同類型的微納米織構(gòu)的制備。
[0015]所述的步驟(4)中，超聲振動加工機床的型號為CSJ-2，超聲振動工具的振幅為
0.01?0.1mm,頻率為16?25kHz,超聲加工時間為0.5s?5min,實現(xiàn)織構(gòu)深度為50nm?
100μ m。
[0016]所述的步驟(5)中，依次用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗3?5min。
[0017]有益效果，由于采用了上述方法，
[0018](I)單晶硅為脆性材料，光刻膠軟材料，超聲加工過程中，不會破壞基板表面的光刻膠層，圖形轉(zhuǎn)移效果好；
[0019](2)可實現(xiàn)低成本、高效、尺寸可控的微納米織構(gòu)的制備。使用激光干涉光刻不需要昂貴的透鏡組和掩膜板，減少了成本和制作掩膜板的時間；通過改變光束入射角度、曝光劑量和曝光方式，便可以得到不同類型和尺寸的周期性圖案；
[0020](3)采用超聲振動加工無污染、操作簡單，通過改變振動工具的大小可以實現(xiàn)不同面積的加工，而且超聲波振動的加工精度高、表面質(zhì)量好，基板在加工過程中受力較小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的超聲振動制備微納米織構(gòu)的原理圖。
【具體實施方式】
[0023]結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個具體實施例進行進一步說明:
[0024]實施例1:該方法首先利用勻膠機在基板表面均勻的涂覆一層光刻膠；將帶有光刻膠的基板在激光干涉系統(tǒng)中進行干涉曝光，實現(xiàn)對光刻膠的織構(gòu)化處理；最后將基板置于超聲加工系統(tǒng)中進行加工，無光刻膠覆蓋區(qū)域的基板材料將被去除，隨著超聲加工時間的增加，去除深度將逐漸增大，通過控制激光干涉光刻的曝光參數(shù)、超聲振動加工參數(shù)實現(xiàn)尺寸可控、大面積的周期性微納米織構(gòu)制備。
[0025]本發(fā)明中的微納米織構(gòu)制備方法，采用激光干涉光刻和超聲振動的加工方法。
[0026]本發(fā)明的工藝流程為:
[0027]首先，硅片依次在丙酮和酒精中分別超聲清洗5min，然后用去離子水反復(fù)沖洗，以除去表面的各種污跡；上述清洗后的硅片置于150°C的真空干燥箱中烘烤0.5h;利用KW-4A型臺式勻膠機，設(shè)定轉(zhuǎn)速為3000r/min，旋轉(zhuǎn)時間10s，在上述硅片表面涂覆一層六甲基二硅胺(HMDS);在硅片中央滴適量的光刻膠，KW-4A勻膠機設(shè)定為兩種轉(zhuǎn)速，啟動后先以500r/min低速運行30s，接著以5000r/min高速運行60s，光刻膠型號為BP_212(37CP);將硅片置于90°C的真空干燥箱中前烘20分鐘；將前烘后的樣品置于激光干涉系統(tǒng)中的移動平臺上，根據(jù)需要設(shè)定激光器功率和曝光時間對樣品進行干涉曝光，其中所述激光器為脈沖激光器DSH-355-10，控制激光器的功率在IOmW?IOOmW,曝光時間由GC1-37電子開關(guān)控制；將樣品置于100°C的真空干燥箱中后烘20min ;將樣品置于顯影液池中15秒，并不斷攪拌顯影液，所述顯影液型號為KMP PD238-1I ;將樣品置于120°C真空干燥箱中烘烤Ih ;待樣品冷卻后，將其置于型超聲加工機床中進行超聲加工，所述超聲振動機床的型號為CSJ-2超聲振動工具的振幅為0.01?0.1mm，頻率為16?25kHz，通過調(diào)整超聲振動的時間可以實現(xiàn)織構(gòu)深度為50nm?100 μ m ;將超聲加工后的樣品置于去膠液池中20min，所述去膠液型號為KMP ST600 ;最后將樣品在丙酮、酒精和去離子水中分別超聲清洗3?5min。
[0028]圖2中，(a)為干涉曝光前的樣品；(b)為干涉曝光后的樣品；(C)為顯影后的樣品；(d)為超聲波振動加工后的樣品。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲振動制備微納米織構(gòu)的方法，其特征是:該方法首先利用勻膠機在基板表面均勻的涂覆一層光刻膠；將帶有光刻膠的基板在激光干涉系統(tǒng)中進行干涉曝光，實現(xiàn)對光刻膠的織構(gòu)化處理；最后將基板置于超聲加工系統(tǒng)中進行加工，無光刻膠覆蓋區(qū)域的基板材料將被去除，隨著超聲加工時間的增加，去除深度將逐漸增大，通過控制激光干涉光刻的曝光參數(shù)、超聲振動加工參數(shù)實現(xiàn)尺寸可控、大面積的周期性微納米織構(gòu)制備； 具體步驟如下: (1)采用硅基板，依次在丙酮、酒精和去離子水中超聲振動清洗后，將基板置于高溫真空干燥箱中干燥，接著在其表面涂覆一層六甲基二硅胺； (2)將光刻膠均勻的涂覆在基板表面，接著在真空干燥箱中進行前烘；待前烘后的基板在空氣中自然冷卻后，將基板置于激光干涉系統(tǒng)中進行曝光；所述的前烘為:90°C的真空干燥箱中前烘20分鐘； (3)將曝光后的基板在80?100°C的真空干燥箱中后烘10?20分鐘，待自然冷卻后放入顯影液池中進行清洗，使干涉圖樣記錄在基板上，并用去離子水沖洗掉基板表面殘留的顯影液，接著將基板置于100?120°C恒溫真空干燥箱中進行硬烘烤； (4)待硬烘烤 后的基板在空氣中自然冷卻后，將其置于超聲加工系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)超聲振動工具的振幅為0.01?0.1mm，頻率為16?25kHz，設(shè)定超聲加工時間為0.5s?5min，將光刻膠圖形按1:1復(fù)制在基板表面； (5)超聲加工達到50nm?100μ m的深度后，將基板放入去膠液池中進行清洗，以除去其表面剩余的光刻膠，然后用丙酮、酒精和去離子水反復(fù)超聲清洗基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲振動制備微納米織構(gòu)的方法，其特征是:所述的步驟⑴中，硅基板為單晶硅(100)； 所述的步驟(I)中，依次用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗3?5min ； 所述的步驟(I)中的HMDS，它是一種含Si的有機分子，與硅和光刻膠均有很好的黏附性； 所述的步驟(2)中的光刻膠，經(jīng)由紫外激光照射后可以發(fā)生固化反應(yīng)，顯影后將被去除； 所述的步驟(2)中，激光干涉的激光器為脈沖激光器DSH-355-10，加工時控制激光器的功率在IOmW?IOOmW,曝光時間由GC1-37精密電子開關(guān)控制，通過改變激光器的功率和曝光時間，可以在光刻膠表面實現(xiàn)周期大小為IOOnm?10 μ m、不同類型的微納米織構(gòu)的制備; 所述的步驟(4)中，超聲振動加工機床的型號為CSJ-2，超聲振動工具的振幅為0.01?.0.1mm,頻率為16?25kHz,超聲加工時間為0.5s?5min,實現(xiàn)織構(gòu)深度為50nm?100 μ m ； 所述的步驟(5)中，依次用丙酮、酒精和去離子水分別超聲清洗3?5min。
【文檔編號】B81C1/00GK103991839SQ201410211602
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】楊海峰, 賀海東, 唐瑋, 楊建華, 郝敬賓, 朱華 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)