一種大規(guī)模制備低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鎢的方法
【專利摘要】一種大規(guī)模制備低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鎢的方法，屬于微納加工【技術領域】。在經(jīng)電解拋光的金屬鎢的表面通過納米壓印的方法制備微納結(jié)構刻蝕掩膜，使得需要刻飾的部分裸露，其他部分則被掩膜；將處理后的金屬鎢用ICP刻蝕的方法對微納結(jié)構掩膜后金屬鎢的表面進行刻蝕，使得微納結(jié)構刻蝕掩膜中的裸露的鎢表面被刻飾掉；將處理后的金屬鎢放在真空中進行退火，即可得到低表面應力的表面具備微納結(jié)構的金屬鎢。
【專利說明】一種大規(guī)模制備低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鎢的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工【技術領域】，特別涉及一種大規(guī)模制備低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鎢的方法。
【背景技術】
[0002]國際熱核聚變堆(International thermonuclear experimental reactor, ITER)在法國的建造已經(jīng)接近竣工，研究適合ITER及今后聚變堆要求的面向等離子體材料是目前聚變研究的熱點、難點和前沿研究課題。面向等離子體材料，即直接與等離子體相互作用的材料，由于要直接承受高熱負荷、等離子體破裂時的大功率能量沉積、高能逃逸電子的轟擊及氘、氦等離子體的轟擊等，對材料的性能要求十分苛刻。[0003]金屬鎢材料是自然界熔點最高的金屬(3410°C)，同時具有低蒸汽壓、低氘滯留和極低的濺射腐蝕率等諸多優(yōu)點，目前公認金屬鎢是最具前景的面向等離子體材料。而通過在鎢的表面制備低表面應力的納微結(jié)構，可提高鎢作為面向等離子體材料的部分性能。
[0004]由于金屬鎢材料高密度高硬度等性質(zhì)，傳統(tǒng)的反應離子(RIE)刻蝕工藝對其的刻蝕速率非常低，無法獲得大深度、高深寬比的刻蝕。而感應耦合等離子體(ICP)刻蝕過程中，由于伴隨的較強的物理作用，會在刻蝕的鎢樣品的表面殘留較強的應力，會造成鎢作為熱核聚變中的面相對等離子體材料的氫滯留量，并可造成鎢表面刻蝕效率的增加，嚴重影響了鎢作為面向等離子體材料的性能。納米壓印技術是當今最具前景的微納加工制造技術之一，極有可能稱為電子和光電子產(chǎn)業(yè)的基礎技術，微納加工中扮演著重要的角色。納米壓印技術具備高分辨率、低成本、可大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢。低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鶴的制造將為這一問題提供解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)模制備低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鶴的方法，特別是可以在鎢表面制備微納結(jié)構的同時，顯著的降低金屬鎢的表面應力。
[0006]本發(fā)明大規(guī)模制備低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鎢的方法，包括以下步驟:
[0007](I)在經(jīng)電解拋光的金屬鎢的表面通過納米壓印的方法制備微納結(jié)構刻蝕掩膜，使得需要刻飾的部分裸露，其他部分則被掩膜；
[0008](2)將步驟(1)處理后的金屬鎢用ICP刻蝕的方法對微納結(jié)構掩膜后金屬鎢的表面進行刻蝕，使得微納結(jié)構刻蝕掩膜中的裸露的鎢表面被刻飾掉；
[0009](3)將步驟(2)處理后的金屬鎢放在真空中進行退火，即可得到低表面應力的表面具備微納結(jié)構的金屬鎢。
[0010]優(yōu)選的，步驟⑴中，所述的納米壓印的方法中，掩膜選用紫外壓印光刻膠掩膜(如SUN - 125PSS)，掩膜的厚度在5μπι以上。
[0011]優(yōu)選的，步驟⑴中，所述的納米壓印的方法中，壓印的母版由電子束直寫制備。[0012]優(yōu)選的，步驟⑵中，ICP刻蝕的的線圈功率≥150W，基板自偏置功率≤100w下電極托板溫度< 10°c。
[0013]優(yōu)選的，步驟⑵中，刻蝕氣體采用SF6+Ar+02的組合作為刻蝕氣體。其中，SF6的比例在20%~100%，O2的比例不超過75%，Ar的比例不超過10%。氣體的總流量為20~150sccmo
[0014]優(yōu)選的，步驟(2)中，刻蝕時腔體氣壓10 —2Pa~5Pa。
[0015]優(yōu)選的，步驟(3)中，真空退火的溫度為1000~2100°C。退火時腔體氣壓不超過
0.5Pa。
[0016]本發(fā)明能夠制備出低表面應力的表面具有特殊微納結(jié)構的金屬鎢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1對金屬鎢襯底進行納米壓印制備掩膜和ICP刻蝕的流程示意圖。其中1-金屬鎢襯底，2 -未曝光的光 刻膠，3 -壓印母版，4 -曝光用紫外線，2’ -曝光后的光刻膠，2’’ -刻蝕掩膜。
[0018]圖2是實施例1對金屬鎢進行刻蝕的刻蝕結(jié)果的掃描電鏡。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容進一步說明，但應當指出的是，所述實施例并非本發(fā)明實質(zhì)精神的限制。
[0020]實施例1
[0021](I)將表面經(jīng)電解拋光的鎢片用水、酒精、丙酮依次清洗并烘干，在其表面涂覆一層厚度為6(^!11的紫外壓印光刻膠5^-125?55，經(jīng)涂膠(圖1 - a)、微納結(jié)構壓印母版進行壓印(圖1 _b)、光固化(圖1 -b)、脫模(圖1 -C)，然后采用各向異性刻蝕的方法將曝光后的光刻膠微納結(jié)構中底部需要刻飾掉的薄部分得到所需的刻蝕圖形的刻蝕掩膜(圖1 - d)。
[0022](2)將掩膜后的鎢片，采用ICP刻蝕機進行刻蝕。其中，線圈功率200W，基板自偏置功率10W，下電極托板溫度(TC。刻蝕氣體為100%SF6，氣體流量60sccm，腔體氣壓0.6Pa?？涛g結(jié)果示意圖如圖1 - e，刻蝕結(jié)果的掃描電鏡圖如圖2。
[0023](3)將刻蝕后的鎢片真空退火。退火溫度1473K，退火時間3h。退火時氣壓為
0.1Pa0
【權利要求】
1.一種大規(guī)模制備低表面應力的表面具備微納結(jié)構的鶴的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在經(jīng)電解拋光的金屬鎢的表面通過納米壓印的方法制備微納結(jié)構刻蝕掩膜，使得需要刻飾的部分裸露，其他部分則被掩膜； (2)將步驟(1)處理后的金屬鎢用ICP刻蝕的方法對微納結(jié)構掩膜后金屬鎢的表面進行刻蝕，使得微納結(jié)構刻蝕掩膜中的裸露的鎢表面被刻飾掉； (3)將步驟(2)處理后的金屬鎢放在真空中進行退火，即可得到低表面應力的表面具備微納結(jié)構的金屬鎢。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的納米壓印的方法中，掩膜選用紫外壓印光刻膠掩膜(如SUN - 125PSS)，掩膜的厚度在5μπι以上。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的納米壓印的方法中，壓印的母版由電子束直寫制備。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟(2)中，ICP刻蝕的的線圈功率≥150W,基板自偏置功率≤100W，下電極托板溫度≤10°C。
5.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟(2)中，刻蝕氣體采用SF6+Ar+02的組合作為刻蝕氣體，其中，SF6的比例在20%~100%，O2的比例不超過75%，Ar的比例不超過10%，氣體的總流量為20~150sccm。
6.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟(2)中，刻蝕時腔體氣壓10_2Pa~5Pa。
7.按照權利要求1的方法，其特征在于，步驟(3)中，真空退火的溫度為1000~21000C。退火時腔體氣壓不超過0.5Pa。
【文檔編號】B81C1/00GK103924241SQ201410147821
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權日:2014年4月14日
【發(fā)明者】王波, 張子龍, 嚴輝, 張昀, 張銘, 王如志, 宋雪梅, 侯育冬, 朱滿康, 劉晶冰, 汪浩 申請人:北京工業(yè)大學