一种基于ICP刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法与流程

一种基于icp刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法技术领域1.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：2.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。3.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。4.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。技术实现要素：5.(一)发明目的6.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。7.(二)技术方案8.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：9.第一步:制备母模具10.母模具是预制备连续曲面微结构的初始模具；11.第二步:制备pdms软模具12.把母模具安装在pdms软模具制造装置上制备pdms软模具；13.第三步：制备掩膜层微结构14.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；15.第四部：微结构刻蚀转移16.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17.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。18.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。19.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。20.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。21.其中，所述第三步中，基底为硅或碳化硅基底。22.其中，所述第四步中，根据基底材料、抗蚀层材料和微结构尺寸输入刻蚀参数，利用icp刻蚀机，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。23.其中，所述第四步中，在连续曲面微结构制备完成后，对面形进行检测。24.其中，所述第四步中，对完成刻蚀的硅或碳化硅基片进行面型检测，如有残余抗蚀层则继续进行刻蚀直至完成结构转移。25.(三)有益效果26.上述技术方案所提供的基于icp刻蚀的连续曲面三维微结构制备方法，具有以下有益效果：27.1、实现了连续曲面微结构一次加工成型。通常的连续曲面微结构是通过台阶结构多次嵌套刻蚀拟合实现，通过本发明可以实现连续曲面微结构的加工。28.2、传统的加工方法难以在硬质基底上加工制造连续曲面微结构，通过本发明可以实现硅基底/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。29.3、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。附图说明30.图1、金刚石车削得到的连续曲面衍射微结构母模具。31.图2、将配置好的pdms胶液均匀的涂覆到母模具上。32.图3、常温固化后的制得的pdms软模具。33.图4、在基片上涂覆抗蚀层。34.图5、使用pdms软模具对抗蚀层(固化前)进行模压。35.图6、抗蚀层固化后，将pdms软模具揭去得到的待刻蚀基片。36.图7、按照设定工艺参数icp刻蚀后,最终得到微结构试件。具体实施方式37.为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。38.本发明制备方法主要用于硅基底或碳化硅基底上的连续曲面三维微结构的制造，技术方案为在硅基底或碳化硅基底上涂覆抗蚀层掩膜，再使用pdms软模具对掩膜层模压固化成型，经以上步骤在基底上的掩膜层表面制造出连续曲面微结构；将制备完成的基片放入icp刻蚀机，使用和掩膜材料匹配的刻蚀气体和刻蚀参数进行刻蚀，刻蚀参数根据微结构尺寸和掩膜材料，实现抗蚀层和基底刻蚀速率比的调节，经过刻蚀掩膜层的微结构按比例转移到基底上。39.具体地，参照图1至图7所示，连续曲面三维微结构制备方法包括以下步骤：40.第一步:制备母模具。41.母模具是预制备连续曲面微结构的初始模具。一般选用物理化学性质稳定且易加工材料，通常采用硅、镀镍铜合金等，利用单点金刚石车床车削得到连续曲面衍射微结构母模具。42.第二步:制备pdms软模具43.首先把母模具安装在pdms软模具制造装置上，再将经过充分混合、消泡的pdms液灌入软模制造装置，经过一定时间加压固化，完成pdms软模具制造。44.第三步：制备掩膜层微结构45.首先把清洗过的基底安装在模压机上，再将经过充分混合、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。46.第四部：微结构刻蚀转移47.将制备好的基片放入icp刻蚀机，根据基底材料、抗蚀层材料和微结构尺寸输入刻蚀参数；经过刻蚀，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；完成硅或碳化硅基底上连续曲面微结构的制备；对完成刻蚀的碳化硅基片进行面型检测，如有残余抗蚀层继续进行刻蚀直至完成结构转移。48.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。