一种制备抗倒伏微结构的加工方法与流程

本发明涉及一种用飞秒激光双光子聚合技术制备抗倒伏的大尺寸微结构的加工方法。

背景技术：

近年来，随着微机电系统、微纳电子技术、芯片制造技术的快速发展，如何在基底上制备出稳定存在的微结构受到了广泛的关注。该技术对于未来微纳米制造技术，光刻技术，微型化、集成化、功能化等装置的制造具有一定的参考价值。与宏观尺寸物体相比，微观尺寸的物体质地较脆，黏着力大，尺度效应显著，所以微结构在制备过程中容易损毁。目前光刻技术主要是在光刻胶中进行，完成光刻后将样品放入显影液中进行显影，在显影的过程中如果微结构和基底的粘附性不强，显影液的流动会将微结构毁坏，从而使光刻失败。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种制作的微结构在显影过程中不会被破坏的制备抗倒伏微结构的加工方法，该制备抗倒伏微结构的加工方法操作简单、成本低且制备的微结构稳定性强。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种制备抗倒伏微结构的加工方法，其特征在于：制备待加工的目标微结构体的同时，在目标微结构体的下方同时制备与基底有更大固结面积且与目标微结构体一体的支撑微结构体。

优选地，包括以下步骤：

s1、设计待加工的目标微结构体，设计设置在目标微结构体下方且能与基底有更大接触面积的支撑微结构体，进而形成一体的微加工体模型；

s2、在基底上滴上光刻胶而形成待加工的样品；

s3、将样品放置在微加工台上，微加工台带动样品进行移动进而实现对进行光刻工作的激光的调焦；

s4、将设计的微加工体模型导入微加工台中，微加工台按照微加工体模型中支撑微结构体结构、目标微结构体的图形以及支撑微结构体结构、目标微结构体之间的位置关系移动，并利用激光光刻加工一体的微加工体；

s5、将光刻加工后的样品置入在显影液中进行显影，进而将微加工体周围未固化的光刻胶清洗干净，进而获取微加工体。

为了确认加工后的微加工体的情况，在获取微加工体后，在显微镜下观察检测微加工体的完整性和倒伏情况。

为了在保证与基底良好的连接性以实现目标微结构体的抗倒伏效果的基础上，减少为支撑体的加工时间，在目标微结构体用于支撑在基底上的对应位置的下方分别设置支撑微结构体，所述支撑微结构体位于目标微结构体和基底之间。

为了提高对目标微结构体的良好的支撑性以及与目标微结构体良好的连接性，各支撑微结构体在基底上的投影面积大于对应的目标微结构体用于支撑在基底上的投影面积。

优选地，s2中，采用载玻片作为基底，在载玻片中部间隔设置两块垫片，用移液枪缓慢探入装有配置好的负性光刻胶瓶中，蘸取适量光刻胶溶液，再将移液枪移动至垂直载玻片中央的位置，使移液枪的尖端与载玻片缓慢靠近，进而将光刻胶滴在载玻片中部的两块垫片之间，轻轻拾取盖玻片并缓慢贴近光刻胶，慢慢释放盖玻片而使得光刻胶均匀分布于载玻片、盖玻片、两个垫片之间，进而形成待加工的样品。

为了保证支撑微结构体与基底连接的牢固性，s3中，将样品放置于微加工台上后，调节微加工台上的螺旋测微器，使激光焦点到达盖玻片的表面，然后在三维空间上移动微加工台，使激光的焦点刚好位于样品的正中间，再次在高度方向调节激光焦点，在调节激光焦点的同时也开始光刻简单的线条图案，捕捉光刻图案，当光刻图案消失时，则激光焦点已经聚焦到载玻片上，再通过细调微加工台，使激光焦点刚好处于光刻胶和载玻片的交界面处，再次利用微加工台带动样品向上移动，使激光焦点垂直下移一段高度，进而完成激光焦点的调焦。

优选地，s4中，调节微加工台移动，使激光焦点水平移动至样品没有光刻图案的区域，然后对样品进行激光光刻。

优选地，采用飞秒激光光刻的方法进行目标微结构体和支撑微结构体的光刻加工。

优选地，采用波长为780nm的飞秒激光进行光刻加工。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的制备抗倒伏微结构的加工方法，在目标微结构体的下方同时制备与基底有更大固结面积的支撑微结构体，如此提高了微结构在基底上的连接牢固性，特别对于与基底的接触面积小且高度较高的目标微结构体，由于支撑微结构体与基底的可靠连接，以及支撑微结构体与目标微结构体一体连接，可有效避免目标微结构体相对于基底发生倒伏的情况。

附图说明

图1为本发明实施例中微加工体模型的立体图。

图2为图1的立体分解图。

图3为本发明实施例中光刻完成后的微加工体的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例中的制备抗倒伏微结构的加工方法，具体包括以下步骤：

s1、设计待加工的目标微结构体1，设计设置在目标微结构体1下方且能与基底有更大接触面积的支撑微结构体2，进而形成一体的微加工体模型；高度较高的目标微结构体1容易发生倒伏的情况；本实施例中则在三维设计软件solidworks中设计三维的目标微结构体1，利用newport公司的ufab微加工台配套控制软件设计支撑微结构体2；

为了在保证与基底良好的连接性以实现目标微结构体1的抗倒伏效果的基础上，减少为支撑体的加工时间，在目标微结构体1用于支撑在基底上的对应位置的下方分别设置支撑微结构体2，各支撑微结构体2位于目标微结构体1和基底之间；

为了提高对目标微结构体1的良好的支撑性以及与目标微结构体1良好的连接性，各支撑微结构体2在基底上的投影面积大于对应的目标微结构体1用于支撑在基底上的投影面积；

如图1和图2所示，本实施例设计的目标微结构体1为一个拱形桥结构的目标微结构体1，本实施例中的拱形桥的目标微结构体1总高度为250μm，总宽度为300μm，拱形桥两端的脚部为长50μm宽50μm的正方形；

对应于该目标微结构体1，本实施例中在拱形桥的两个脚部下方各设计一个桥墩状的支撑微结构体2，本实施例的每个支撑微结构体2为同心设置的多个环形壁结构，每个环形壁匹配于拱形桥的脚部的形状设置为正方形，支撑微结构体2的边长为52μm，如此能够使得拱形桥的脚部能够完全置于支撑微结构体2上，并且支撑微结构体2的各边边缘能够比拱形桥的脚部边缘多出1μm的距离；并且本实施例中的支撑微结构体2的中心为空心，如此可以有效减少后续的光刻加工时间，环形壁设置有30层，环形壁的高度为5μm、厚度为0.5μm，相邻的两个环形壁时间的距离为1μm；制备时，拱形桥结构的目标微结构体1和两个支撑微结构体2形成一个整体，并通过支撑微结构体2与基底的连接保证目标微结构体1的稳固性，避免目标微结构体1发生倒伏，而支撑微结构体2可通过各环壁的内外边缘与基底实现连接，连接面积远远大于拱形桥结构两个脚部边缘与基底的连接面积；并且支撑微结构体2的高度、厚度均较小，相较于对拱形桥结构的目标微结构体1采用该方式进行光刻加工，大大减小了光刻时间；

s2、在基底上滴上光刻胶而形成待加工的样品；具体的操作过程为：采用载玻片作为基底，在载玻片中部间隔设置两块垫片，对于本实施例中待加工的目标微结构体1和支撑微结构体2的尺寸，本实施例中采用高度为300μm的垫片；

用移液枪缓慢探入装有配置好的负性光刻胶瓶中，蘸取适量光刻胶溶液，再将移液枪移动至垂直载玻片中央的位置，使移液枪的尖端与载玻片缓慢靠近，进而将光刻胶滴在载玻片中部的两块垫片之间，避免快速滴落产生气泡；

轻轻拾取盖玻片，与载玻片呈45°角，盖玻片边缘的中部缓慢贴近光刻胶，慢慢释放盖玻片，避免产生气泡而影响后续的光刻操作，进而使得光刻胶均匀分布于载玻片、盖玻片、两个垫片之间，进而形成待加工的样品；

s3、将样品放置在微加工台上，该微加工台可以选用现有技术中的三维方向移动的微加工台，微加工台带动样品进行移动进而实现对进行光刻工作的激光的调焦；具体为：将样品放置于微加工台上后，调节微加工台上的螺旋测微器，使激光焦点到达盖玻片的表面，然后在三维空间上移动微加工台，使激光的焦点刚好位于样品的正中间，再次在高度方向调节激光焦点，为了确实激光焦点是否到达载玻片的位置，在调节激光焦点的同时也开始光刻简单的线条图案，利用与微加工台配合使用的ccd捕捉光刻图案，并实时将捕捉的图像显示在外部的显示屏上，以供操作者实时观察，当光刻图案消失时，则能确定激光焦点已经聚焦到载玻片上，再通过细调微加工台，使激光焦点刚好处于光刻胶和载玻片的交界面处，再次利用微加工台带动样品向上移动，使激光焦点垂直下移一段高度，本实施例中，使激光焦点垂直下移1至2μm，进而完成激光焦点的调焦；

s4、调节微加工台移动，具体可以控制微加工台向左移动200μm，而使得激光焦点相对样品向右移动200μm，进而使激光焦点水平移动至样品没有光刻图案的区域，然后对样品进行激光光刻；

将绘制好的微加工体模型保存为stl文件的格式，进而再将设计的微加工体模型导入微加工台中，微加工台按照微加工体模型中支撑微结构体2结构、目标微结构体1的图形以及支撑微结构体2结构、目标微结构体1之间的位置关系移动，并利用激光光刻加工一体的微加工体，即在制备待加工的目标微结构体1的同时，在目标微结构体1的下方同时制备与基底有更大固结面积且与目标微结构体1一体的支撑微结构体2；

本实施例中微加工台的移动的速度为50μm/s，采用波长为780nm的飞秒激光进行目标微结构体1和支撑微结构体2的光刻加工，激光功率为540μw；

在光刻过程中，不能用含有紫外光的光源进行照明，防止光刻胶遇到紫外光而发生固化；

图3为光刻完成后的微加工体的俯视图；

s5、将光刻加工后的样品置入在显影液中进行显影，进而将微加工体周围未固化的光刻胶清洗干净，进而获取微加工体；

具体为：将光刻加工后的样品置于无水乙醇中静置15min左右进行显影，15min后由于未固化的光刻胶基本上溶解在无水乙醇中，所以盖玻片和基底分离，轻轻推动盖玻片，将盖玻片和载玻片彻底分离，并用镊子将盖玻片和垫片从无水乙醇中取出。再用镊子夹住载玻片在无水乙醇中上下轻晃，让微结构周围的光刻胶更好地溶解到无水乙醇中；再取一只玻璃皿，倒入干净的无水乙醇，用镊子小心取出样品并快速放入新的无水乙醇中进行第二次清洗，以便让微加工体旁边的光刻胶充分溶解到无水乙醇中；浸泡样品15min后取出放置在光学平台上，让无水乙醇在室温下自然挥发；

s6、在获取微加工体后，在显微镜下观察检测微加工体的完整性和倒伏情况，如此能够更好地确认加工后的微加工体情况，本实施例中在支撑微结构体2的作用下，拱形桥状的目标微结构体1非常稳固。

本发明中的制备抗倒伏微结构的加工方法，在目标微结构体1的下方同时制备与基底有更大固结面积的支撑微结构体2，如此提高了微结构在基底上的连接牢固性，特别对于与基底的接触面积小且高度较高的目标微结构体1，由于支撑微结构体2与基底的可靠连接，以及支撑微结构体2与目标微结构体1一体连接，可有效避免目标微结构体1相对于基底发生倒伏的情况。