在蚀刻材料中制造三维结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种在蚀刻材料中制造三维结构的方法，所述蚀刻材料可借助能量输入方法而聚合并由此而固化，其中，首先借助第一空间分辨型能量输入方法这样来聚合待制结构的外套壁，使得一定体积的未聚合蚀刻材料被围住，在中间显影步骤中移除已聚合于外套壁周围的蚀刻材料，而后借助第二能量输入方法来聚合被所述外套壁围住的所述体积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
此类蚀刻方法例如应用于原型制造或具有特殊形状要求的工件制造。这类方法尤其还用来制造微结构或纳米结构，例如为了实验目的以及在要求有较大设计自由度的领域。其用途例如是形成可模制的表面形貌，制造大规模复制所需要的模板或模具，制造适用于光导体的插头以及制造合适的医用假体。已知有所谓的立体光刻法(例如公开于US 4，575，330 Al)，其中在由液态蚀刻材料(特别是光聚合物)组成的浴中，通过用记录束进行选择性曝光来逐层形成期望结构。为此，记录束通过局部曝光分别使蚀刻材料浴表面的一层以期望图形聚合。而后，通过在蚀刻材料浴中逐步降低载体衬底来逐层形成所述结构。这方面进一步已知(例如公开于DE 10507 881 B4)，在逐层形成的结构上设置附加支撑结构，这些支撑结构同样产生于蚀刻材料中且一般在所述结构外部延伸，以便使所述结构抵靠在载体衬底上。这样的支撑结构能防止未完成的结构坍塌。上述方法虽能以较大设计自由度和较高精度制造结构，但需要很长的处理时间，尤其是当需要制造大体积的相连结构时。这一问题尤其出现在期望结构既具有大体积区段、又具有结构尺寸较小的区域的情况下。如果由于结构化尺寸小而必须采用高空间分辨率，大体积区域的制造就会大幅延长处理时间。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现以较高的设计自由度和可能的最短处理时间来制造结构，同时确保所产生的结构具有较高的精确度和形状精度。本专利技术用以达成该目的的解决方案为一种。期望的三维结构产生于蚀刻材料中，该蚀刻材料可通过能量输入方法(例如辐照、加热)而受控聚合并由此而固化或硬化。所述蚀刻材料在未聚合状态下优选呈液态、粘滞状、凝胶状或固态。例如使用抗蚀剂，特别是负性抗蚀剂。根据所述方法，首先借助第一空间分辨型能量输入方法这样来定义(例如在蚀刻材料中以空间分辨方式聚合)待制结构的外套壁，使得该外套壁将一定体积的未聚合蚀刻材料围住。随后实施中间显影步骤，在该中间显影步骤中将已聚合外套壁周围的蚀刻材料至少部分移除。接下来通过第二能量输入方法来聚合(即固化或硬化)被外套壁围住的蚀刻材料体积。即当蚀刻材料处于未聚合的初始状态时，首先用外套壁将一定体积的蚀刻材料与周围的蚀刻材料隔开。为此选择一种能以必要的空间分辨率产生该外套壁的能量输入方法。用外套壁在周围的蚀刻材料中定义期望结构。在中间显影步骤中将周围的蚀刻材料至少部分移除，优选完全移除。因此，所述第一方法的高空间分辨率仅用来记录外套壁。而后可以通过不具有高空间分辨率的能量输入来聚合并固化被围蚀刻材料。这样能节省大量处理时间。尤其是不需要采用耗时的空间分辨型能量输入方法来记录大体积区段。所产生的结构特征(壁、支撑结构等等)的尺寸例如可以是纳米尺度(〈lOe-Ιμπι)、微尺度(10θ-1-10θ+2μπι)和中尺度(lOe+2 - lOe+4 μπι)。所产生的体积虽然原则上不受限制，但在典型的应用领域可以处于〈I立方厘米的范围。本专利技术的方法借助空间分辨型第一能量输入方法产生包覆式外套壁，因而可在大幅缩短处理时间的同时确保较高的空间分辨率。这样就实现了处理时间更短的快速原型制造。原则上可以设想的是，被围体积在第二能量输入过程之后具有不同于周围外套壁的聚合度和/或不同于周围外套壁的机械特性和/或不同于周围外套壁的光学特性。借此可以产生具有不同机械或光学特性的结构。此外也不必再设置外部支撑结构。这样的外部支撑结构在前述用于在蚀刻材料中逐层形成结构的方法中的主要功能是，将逐层形成的结构固定于蚀刻材料浴中并防止未完成结构的区段发生形成外套壁所不允许的偏移(Wegschwimmen)。所述第二能量输入方法优选不同于所述第一能量输入方法。具体而言，第二能量输入方法可以被设计成非空间分辨型方法以及/或者可作用于被外套壁围住的全部未聚合蚀刻材料。因此，第一能量输入方法可具有数倍于第二能量输入方法的空间分辨率。举例而言，第二能量输入方法可以是加热方法、烘焙方法或其他的固化方法。例如，可以将包含已聚合外套壁的结构送入炉(例如对流炉或管式炉)内或者与加热装置(例如加热板)接触。也可以采用对微波辐照、红外线辐照、紫外线辐照加以利用的能量输入方法。相比之下，第一空间分辨型能量输入方法是在辐射源的记录束的空间上较窄且尤其可移动的聚焦区内聚合蚀刻材料。也可以并行实施所述方法，其中使用数个辐射源的数个记录束的一或数个能形成空间分辨曝光图形的聚焦区。所述第一能量输入方法例如可以是激光蚀刻法或电子束蚀刻法，特别是3D激光蚀刻法。用记录束定义结构虽然比较耗时，但能得到高度精确的结构。由于仅定义外套壁，还能实现较短的结构化时间。第一能量输入方法优选通过在记录束聚焦区内进行的双光子吸收或多光子吸收来聚合蚀刻材料。具体这样来设计蚀刻材料并且根据蚀刻材料这样来调整辐射源，使得只有借助双光子吸收或多光子吸收才能实现聚合。为此可选择如此之大的记录束波长(和如此之低的光子能量)，使得只有通过同时吸收两个或数个光子才达到实现聚合所需要的能量输入。这个吸收过程的概率与强度有关并且与其余记录束相比在聚焦区内有大幅提高。基本考虑的结果是，吸收两个或数个光子的概率可能与辐射强度的二次幂或更高次幂有关。而吸收一个光子的概率则具有不同的强度相关性。记录束进入蚀刻材料时原则上还会发生衰减。这就可以在强度减小与蚀刻材料透入深度的关系上例如适用比尔定律。这导致了，利用单光子吸收在蚀刻材料表面下方深处的聚焦区内实现空间分辨型聚合是有问题的，因为由于在表面下方聚焦时所发生的衰减，聚焦区内不见得存在最高强度。因此，前述的立体光刻法总是仅通过在蚀刻材料浴表面曝光蚀刻材料来逐层形成结构。利用双光子吸收或多光子吸收时不必采用这种在蚀刻材料浴中逐层降低结构的做法，因为即使在透入深度更大的情况下，也能通过其他定律来将聚合限制在记录束的聚焦区上。根据优选技术方案，借助所述第一空间分辨型能量输入方法并优选联合所述外套壁共同定义(即聚合)位于所述外套壁内部的支撑结构。因此，该支撑结构具体位于被外套壁围住的体积内部并且也可以视情况将该体积划分成若干分体积。定义支撑结构时，与外套壁小幅重叠也可能是有益的，因此支撑结构的元件与外套壁小幅重叠且因此而与外套壁固定连接。具体而言，所述支撑结构具有在外套壁的区段之间延伸以及/或者在外套壁的区段与衬底之间延伸的支撑元件。通过支撑结构可以确保由外套壁规定的形状的形状精度。尤其可以防止由外套壁定义的结构在实施中间显影步骤、第二能量输入方法或固化步骤期间发生变形或坍塌。整体上可以确保被围体积固化后所获得的形状与外套壁所规定的形状相一致。与设置外部支撑结构的已知结构化方法不同的是，制成期望结构后不必移除内部支撑结构。这样就能省去内体积固化后对结构进行后处理(精整)所需要的处理时间。此夕卜，外部支撑结构被移除后通常会形成废料，这在使用昂贵的蚀刻材料的情况下会导致非期望的成本上升，而采用内部支撑结构能避免这种情况。通过支当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在蚀刻材料(24)中制造三维结构(10)的方法，所述蚀刻材料可借助能量输入方法而聚合并由此而固化，其特征在于，首先借助第一空间分辨型能量输入方法这样来聚合待制结构(10)的外套壁(16)，使得一定体积(28)的未聚合蚀刻材料被围住；在中间显影步骤中移除已聚合于外套壁(16)周围的蚀刻材料(24)；而后借助第二能量输入方法来聚合被所述外套壁(16)围住的所述体积(28)。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：米夏埃尔·蒂尔，罗门·莱茵哈德·莱茵那，法比安·尼斯勒，晏·唐基，
申请(专利权)人：纳侬斯桧布有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE