本发明属于微纳米加工技术领域，具体涉及一种制备柔性薄膜基底微纳米结构的充气薄膜方法。
背景技术：
柔性薄膜材料如聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、三醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰胺酰亚胺、改性环状聚烯烃等，具有重量轻、可弯折、化学惰性高、光学性能良好、成本较低等优点，因此作为基底材料被广泛地应用到微纳米加工技术领域中。
但是在接触式曝光过程中，由于柔性薄膜基底与掩模版贴合不紧密等问题的存在，以现有技术方法制备的柔性薄膜基底微纳米结构具有不可忽视的线宽误差和深度误差，无法满足在科研、工业等方面对微纳米器件的高精度要求。因此，发展一种柔性薄膜基底上微纳米结构的高精度制备方法是迫切需要的。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提出一种制备柔性薄膜基底微纳米结构的新方法——充气薄膜法。本发明首先使用上下两个夹具将柔性薄膜基底夹持；然后将带有充气孔的背板固定在下夹具的下方；在接触式曝光过程中，利用通入的气体将柔性薄膜基底及其表面的光刻胶与掩模版无间隙紧密贴合，从而获得高精度的微纳米结构。与现有的直接接触式曝光制备柔性薄膜基底微纳米结构技术相比，具有柔性薄膜基底与掩模版贴合紧密、微纳米结构线宽和深度均匀性好、工艺重复性和可靠性高等优点。
本发明通过以下技术方案进行实施：一种制备柔性薄膜基底微纳米结构的充气薄膜方法，包括以下步骤：
步骤(1)、利用上下两个夹具将柔性薄膜基底夹持、绷紧；
步骤(2)、在柔性薄膜基底上均匀地涂覆一层光刻胶；
步骤(3)、将带有充气孔的背板固定在下夹具的下方；
步骤(4)、取一块传统硬质掩模版，并使其与光刻胶分离一定间隙放置；
步骤(5)、通过充气孔向由上夹具、柔性薄膜基底、下夹具和背板组成的密封腔体内充入一定体积的气体，使柔性薄膜基底及其表面的光刻胶与掩模版紧密贴合；
步骤(6)、利用接触式曝光技术在紫外光的照射下进行光学曝光，将掩模版图形传递到光刻胶上；
步骤(7)、通过显影工艺获得光刻胶上的微纳米结构；
步骤(8)、利用干法刻蚀技术将光刻胶图形传递到柔性薄膜基底上。
其中，所述步骤(1)中的上夹具和下夹具利用螺钉、销钉或卡扣固定在一起时，具有夹持、绷紧薄膜的作用。
其中，所述步骤(1)中的柔性薄膜基底材料为聚酰亚胺、环氧树脂、聚氨基甲酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、三醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰胺酰亚胺、改性环状聚烯烃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
其中，所述步骤(3)中的背板可以利用螺钉、销钉或卡扣固定在下夹具的下方，且背板和上夹具、柔性薄膜基底、下夹具一起组成只有一个充气孔的密封腔体。
其中，所述步骤(3)中的充气孔可以加工在背板的底部或侧面。
其中，所述步骤(4)中的掩模版与光刻胶之间的间隙值在1-200um范围内，以保证柔性薄膜基底上的光刻胶与掩模版之间的空气能够被完全排挤出去，并保证微结构传递的位置精度。
其中，所述步骤(5)中向密封腔体内充入一定体积的气体，在柔性薄膜基底上下表面气压差的作用下，柔性薄膜基底及其表面的光刻胶与掩模版无间隙紧密贴合，此时将密封腔体内部的气体锁住，则短时间内气体压强保持不变，以保证曝光过程中柔性薄膜基底不会发生形变。
其中，所述步骤(8)中的干法刻蚀技术包括物理刻蚀、化学刻蚀和物理化学刻蚀。
本发明的优点在于：
(1)、本发明通过改变柔性薄膜基底上下表面气压差，使柔性薄膜基底及其表面的光刻胶与掩模版无间隙紧密贴合，使用该方法制备的柔性薄膜基底微纳米结构的线宽和深度均匀性更好、一致性更高。
(2)、本发明提出的充气薄膜方法简便易行、工艺重复性和可靠性高，可实现柔性薄膜基底上微纳米结构的高精度、批量化制备，促进了其在科研、生产中的广泛应用。
综上所述，本发明解决了接触式曝光过程中柔性薄膜基底与掩模版贴合不紧密的问题，为高精度薄膜基底微纳米结构在科研和生产中的应用提供了技术支撑。
附图说明
图1是第一、第二实施实例：充气薄膜方法制备柔性薄膜基底微纳米结构的工艺流程图，其中：1-上夹具，2-柔性薄膜基底，3-下夹具，4-光刻胶，5-带有充气孔的背板，6-掩模版，7-气体，8-紫外光。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容。通过以下实施例，本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
实施例一：
如图1中1-1所示，使用上夹具1和下夹具3两个铝制夹具将柔性薄膜基底2固定，其中，柔性薄膜基底2为聚酰亚胺薄膜基底；
如图1中1-2所示，将厚度为600nm的az1500光刻胶4均匀地涂覆在聚酰亚胺薄膜基底的上表面，并于100℃的热板上烘烤60秒；
如图1中1-3所示，将带有充气孔的铝制背板5固定在下夹具3上；
如图1中1-4所示，取一块传统硬质掩模版6安装在接触式曝光机的掩模夹上，并利用接触式曝光机的升降系统调节掩模版6与光刻胶4之间的间隙为40um；
如图1中1-5所示，通过充气孔向密封腔体内充入一定体积的空气7，在聚酰亚胺薄膜上下表面气压差的作用下，聚酰亚胺薄膜及其表面的光刻胶4与掩模版6无间隙紧密贴合，此时将密封腔体内部的气体锁住，则短时间内气体压强保持不变，以保证曝光过程中聚酰亚胺薄膜基底不会发生形变；
如图1中1-6所示，利用接触式曝光技术在紫外光8的照射下进行光学曝光，将掩模版6上的图形传递到光刻胶4上；
如图1中1-7所示，将曝光后的基片放入az300mif显影液中显影，获得所需的光刻胶图案，超纯水冲洗后使用氮气吹干基片表面，于120℃的烘箱中坚膜20分钟；
如图1中1-8所示，利用反应离子刻蚀技术将光刻胶图案传递到聚酰亚胺薄膜上，获得表面具有高精度微纳米结构的聚酰亚胺薄膜。
实施例二：
如图1中1-1所示，使用上夹具1和下夹具3两个铝制夹具将柔性薄膜基底2固定，其中，柔性薄膜基底2为聚醚砜薄膜基底；
如图1中1-2所示，将厚度为1.2um的az3100光刻胶4均匀地涂覆在聚醚砜薄膜基底的上表面，并于100℃的热板上烘烤150秒；
如图1中1-3所示，将带有充气孔的铝制背板5固定在下夹具3上；
如图1中1-4所示，取一块传统硬质掩模版6安装在接触式曝光机的掩模夹上，并利用接触式曝光机的升降系统调节掩模版6与光刻胶4之间的间隙为20um；
如图1中1-5所示，通过充气孔向密封腔体内充入一定体积的空气7，在聚醚砜薄膜上下表面气压差的作用下，聚醚砜薄膜及其表面的光刻胶4与掩模版6无间隙紧密贴合，此时将密封腔体内部的气体锁住，则短时间内气体压强保持不变，以保证曝光过程中聚醚砜薄膜不会发生形变；
如图1中1-6所示，利用接触式曝光技术在紫外光8的照射下进行光学曝光，将掩模版6上的图形传递到光刻胶4上；
如图1中1-7所示，将曝光后的基片放入az300mif显影液中显影，获得所需的光刻胶图案4，超纯水冲洗后使用氮气吹干基片表面，于120℃的烘箱中坚膜20分钟；
如图1中1-8所示，利用反应离子刻蚀技术将光刻胶图案传递到聚醚砜薄膜上，获得表面具有高精度微纳米结构的柔性聚醚砜薄膜。
本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。