一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺

本发明涉及微纳制造领域，尤其涉及一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺。

背景技术：

1、以大口径、亚微米超构透镜为代表的光学成像技术；以大面积可拉伸柔性电子为代表的健康监测技术；以高深宽比、大幅面透明金属网栅为代表的电磁屏蔽技术等在航空航天、国防安全、生物医学、先进制造和消费电子等高端产业具有重要的应用价值。其中大面积亚微米结构的制备是重中之重。为此，与之相对应地发展了许多亚微米结构制备的技术，比如电子束/激光束/离子束直写型光刻、投影式光刻、极紫外光刻、纳米压印，近场光刻等。直写型光刻可以在二维平面加工出高精度的纳米结构，但其逐点加工效率低，设备昂贵，无法满足大面积结构高效低成本制造的需求；投影式、极紫外光学光刻可以满足大面积亚微米结构制备的要求，但光学系统设计制造复杂，成本高昂且能耗高；纳米压印是实现大面积亚微米结构较低成本制备的现有方案之一，但其高精度模版制备困难，应力损伤大，易污染，良率低。传统接触式光刻的分辨率虽受限于光学衍射极限，但研究学者提出的柔性掩模可以实现完美共形近场光刻，有望成为兼顾分辨率和制造幅面，成本与良率的关键技术，实现大面积微纳结构的高效制备。然而，柔性掩模版的制备仍然存在两方面的挑战：一方面，柔性掩模的制造与传统光刻制造工艺不兼容，其制造结合电子束直写工艺和后续的组装工艺，增加制造复杂性、降低制造效率，难以满足工业规模化使用的需求；另一方面，大多数柔性掩模版的制备并非原位制造，且通常包括化学或干法刻蚀工艺，既拉长了整个制备流程，也容易破坏界面间粘附进而影响柔性掩模版的稳定性和耐用性。因此，研发一种柔性光刻掩模版高效批量化制备的技术，极大地提高了在微纳领域的制造能力，也成为多种高端产业能够规模化使用的关键。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，利用低界面黏附光刻胶实现近场光刻、金属化工艺、干法去胶工艺等，完成硬质母掩模版到柔性工作掩模版的等比例、高保真、大面积复制，最终实现大面积高分辨的柔性掩模版快速批量化制备。该发明不仅解决了柔性掩模版的加工制造难度大、工艺兼容差、制造效率低等问题，还可利用柔性掩模版实现完美共形接触式光刻，兼顾分辨率和制造幅面，成本与良率的加工优势。

2、一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺。基本加工流程工艺包括：

3、步骤一：硅衬底清洗；将硅衬底用去离子水超声清洗5分钟，并氮气吹干，保持硅衬底表面干燥且干净。

4、步骤二：涂胶；采用静态旋涂方式，得到硅衬底上均匀分布的无缺陷低界面黏附可转移光刻胶膜。

5、步骤三：前烘；涂胶完成后，将其放到热板上80℃加热1-3 min，去除胶层内的溶剂并提高光刻胶膜的机械擦伤能力。

6、步骤四：转移；将柔性印章缓慢地无气泡共形贴合到光刻胶表面，并从硅衬底上剥离，实现光刻胶转移到柔性印章上。

7、步骤五：曝光；将柔性印章和光刻胶在辊压机施加的压力下将其与硬质母掩模版无气泡缓慢贴合，并使用紫外光刻机曝光2-15 s，将硬质母掩模版图案等比例转移到光刻胶上。

8、步骤六：显影；采用浸没式显影，将曝光后的光刻胶在显影液中显影3-10 s，将硬质母掩模版图案等比例复制到光刻胶上。

9、步骤七：金属沉积；通过沉积一层不透光金属，最终实现大面积高分辨柔性掩模版的高效、低成本制备。所述不透光金属的具体厚度随其具体要求。

10、步骤八：干法去胶；用胶带将结构外的金属和光刻胶缓慢剥离，得到大面积高分辨柔性掩模版。

11、优选地，步骤一中的衬底包括硅片、二氧化硅片的至少一种。

12、优选地，步骤二中的低界面黏附可转移光刻胶包括水性聚乙烯醇系列光刻胶、su-8系列光刻胶、瑞红光刻胶的至少一种。

13、优选地，步骤三中的前烘时间包括1 min（水性聚乙烯醇系列光刻胶前烘时间）、3min（su-8光刻胶前烘时间）、1 min（瑞红光刻胶前烘时间）。

14、优选地，步骤四中的柔性印章包括聚二甲基硅氧烷薄膜、热塑性聚氨酯薄膜的至少一种。

15、优选地，步骤五中的曝光时间包括2-5 s（水性聚乙烯醇系列光刻胶曝光时间）、10-15 s（su-8光刻胶曝光时间）、10-25 s（瑞红光刻胶曝光时间）。

16、优选地，步骤六中的显影液包括去离子水（水性聚乙烯醇系列光刻胶显影液）、su-8显影液、氢氧化钠水溶液（瑞红光刻胶显影液）。

17、优选地，步骤七中的金属沉积方法包括热蒸发、离子束溅射、磁控溅射、原子层沉积的至少一种。

18、优选地，步骤八中的干法去胶胶带包括热释放胶带、聚酰亚胺胶带、紫外释放胶带的至少一种。

19、该发明不仅为传统柔性掩模版加工制造提供了更可靠和高效的工艺，使得制造过程更加稳定和高效；还可利用柔性掩模版实现完美共形接触式光刻，光刻过程中可以实现更好的接触和接触力分布，从而提高光刻的准确性和一致性，实现高分辨率的制造，同时也能满足大幅面的制造需求。

技术特征：

1.一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，该制备工艺包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤一中的衬底包括硅片、二氧化硅片的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤二中的低界面黏附可转移光刻胶包括水性聚乙烯醇系列光刻胶、su-8系列光刻胶、瑞红光刻胶的至少一种。

4.根据权利要求3所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤三中的前烘时间中，水性聚乙烯醇系列光刻胶前烘时间为1 min，su-8光刻胶前烘时间为3min、瑞红光刻胶前烘时间为1 min。

5.根据权利要求1所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤四中的柔性印章包括聚二甲基硅氧烷薄膜、热塑性聚氨酯薄膜的至少一种。

6.根据权利要求3所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤五中的曝光时间中，水性聚乙烯醇系列光刻胶曝光时间为2-5 s，su-8光刻胶曝光时间为10-15 s，瑞红光刻胶曝光时间为10-25 s。

7.根据权利要求3所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤六中的显影液包括去离子水、su-8显影液、氢氧化钠水溶液；所述去离子水为水性聚乙烯醇系列光刻胶显影液；所述氢氧化钠水溶液为瑞红光刻胶显影液。

8.根据权利要求1所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤七中的金属沉积方法包括热蒸发、离子束溅射、磁控溅射、原子层沉积的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，步骤八中的干法去胶胶带包括热释放胶带、聚酰亚胺胶带、紫外释放胶带的至少一种。

10.根据权利要求1所述的一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，其特征在于，利用低界面黏附光刻胶实现近场光刻、金属化工艺、干法去胶工艺完成硬质母掩模版到柔性工作掩模版的等比例、高保真、大面积复制，最终实现大面积高分辨的柔性掩模版快速批量化制备。

技术总结
本发明公开了一种柔性光刻掩模版高效批量化制备工艺，属于微纳制造领域。包括：硅衬底清洗；得到硅衬底上均匀分布的无缺陷低界面黏附可转移光刻胶膜。去除胶层内的溶剂并提高光刻胶膜的机械擦伤能力。转移，将光刻胶转移到柔性印章上。将硬质母掩模版图案等比例转移到光刻胶上。将硬质母掩模版图案等比例复制到光刻胶上。金属沉积；通过沉积一层不透光金属，最终实现大面积高分辨柔性掩模版的高效、低成本制备。用胶带将结构外的金属和光刻胶缓慢剥离，得到大面积高分辨柔性掩模版。该发明不仅为传统柔性掩模版加工制造提供了更可靠和高效的工艺，使得制造过程更加稳定和高效，同时也能满足大幅面的制造需求。

技术研发人员：段辉高,周宇,陈雷,樊夫,胡跃强,贾红辉
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27