SU-8胶光刻工艺研究

SU-8胶是一种基于环氧SU-8树脂的环氧型的、近紫外光、负光刻胶.其专门用于在非常厚的底层上需要高深宽比的应用.但是SU-8胶对工艺参数的改变非常敏感.本文对影响光刻后图形质量的主要工艺参数前烘温度和时间、中烘温度和时间、曝光时间及显影时间进行了研究,发现前烘时间和显影时间是影响图形分辨率及高深宽比的最主要的参数.随后给出了200μm厚SU-8光刻胶的建议工艺条件:200μm/s甩胶,1h的95°C前烘,近紫外光(400nm)接触式曝光,95°C的中烘 30min,PGMEA中显影20min.另外对实验中实现的主要问题基片弯曲和光刻胶的难以去除作了一定的探讨,给出了合理化建议:对于基片弯曲可采用以下四种措施来降低,降低中烘的温度同时增加中烘的时间、用厚硅片来代替薄硅片、对于薄硅片在前烘后可用金刚刀切成4～8小片、适当的设计掩模板;对于光刻胶的去除用热丙酮泡、超声清洗、反应离子刻蚀和高温灰化法相结合,能达到较好的效果.     

聚二甲基硅氧烷气动微型蠕动泵制作工艺的研究

聚二甲基硅氧烷(PDMS)气动微型泵由3个PDMS气动微阀构成,依靠3个微阀的蠕动作用实现输运液体的作用.PDMS气动微泵的关键制作工艺是液体通道的弧形化和PDMS层之间、PDMS层与玻璃基片之间的封接.实验证明AZ4620正性光刻胶所制作的阳模能形成剖面形状呈弧形的液体通道.采用等离子体氧化处理法封接技术实现了PDMS层之间、PDMS层与玻璃基片之间的封接,该工艺易操作,封接速度快,而且封接效果好.     

模糊神经网络在UV－LIGA工艺优化中的应用

将模糊神经网络理论和算法应用于负性光刻胶(SU-8)加工高分辨率和高深宽比微结构的工艺研究,在正交试验的基础上对网络进行训练,建立了光刻图形质量与前烘时间、前烘温度、曝光量、后烘时间之间的预测模型。该模型采用五层前向模糊神经网络,学习算法为梯度下降法。进行了实验,实验结果表明,前烘温度与前烘时间对光刻质量影响最大。对120~340 μm厚的光刻胶,前烘温度取95℃,前烘时间100 min时,图形的相对线宽差最小;超声搅拌能缩短显影时间,显著改善图形质量,试验结果与计算结果十分吻合。将模糊神经网络应用于UV－LIGA工艺中,能实现光刻加工微结构的工艺参数优化。     

用SU-8胶加工微结构的试验研究

以正交实验设计为研究方法,对采用负性光刻胶（SU-8）加工高分辨率和高深宽比微结构进行了工艺研究,得出：前烘温度与前烘时间对光刻质量影响最大,对120~340μm厚的光刻胶,前烘温度取90℃,前烘时间50~120min时图形质量最佳。分析了高深宽比微结构电铸的特点,实验表明传质是微细电铸的限制性环节。实现了光刻、电铸加工微结构的工艺参数优化。     

PDMS微流控芯片复型模具的新型快速制作方法

提出一种快速制作聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxalle),PDMS)微流控芯片复型模具的新方法,并对其制作工艺进行研究.以液体光刻胶为模具材料,在液态下通过紫外光曝光使光刻胶固化而形成模具微结构.在整个制作过程中不需要对液体光刻胶进行烘烤,与目前使用较多的以SU-8光刻胶(一种负性环氧型光刻胶)为模具材料的制作方法相比,不仅简化制作工序,大大缩短制作时间,且避免加热产生的内应力导致的结构变形.该方法不需要昂贵的制作设备,所用原材料成本低廉.试验结果表明,所制作的模具微结构侧壁陡直、表面光滑,最大深宽比达5.7,在对PDMS材料的复型试验中获得良好的形状和尺寸精度.     

压电喷墨打印头聚合物喷孔制作工艺研究

描述了一种压电喷墨打印头SU-8光刻胶锥形喷孔的制作方法。该方法基于接近式曝光工艺和键合工艺,首先在PDMS基底上旋涂SU-8光刻胶,通过控制曝光量、曝光间隙、后烘、显影等工艺参数,得到带有微小锥形喷孔的SU-8光刻胶喷孔板,再将喷孔板与SU-8光刻胶开放腔室层键合,形成压电喷墨打印头腔室。采用耦合压电物理场和层流流场的方法,数值模拟了喷孔形状对喷墨速度的影响,确定了最佳喷孔形状。通过实验,确定了制作SU-8锥形喷孔的工艺参数为:曝光量110 m J/cm2,曝光间隙110μm,后烘60℃、15 min和显影时间3.5 min;并采用30μm孔径的掩模,制作出了大孔孔径30μm、小孔孔径20μm、孔高45μm的SU-8光刻胶微小锥形喷孔。     

玻璃微流检测芯片厚胶光刻温度条件的平衡优化

采用正性光刻胶AZ 4620进行玻璃微流检测芯片的厚胶光刻制备,试验了各工艺阶段不同的温度参数条件对光刻胶浮雕面形、光刻胶与玻璃基质的粘附性、光刻胶在刻蚀液中的耐受时间、刻蚀速率和最大刻蚀深度等因素的影响。结果表明,软烘温度直接影响曝光显影工艺质量;后烘温度对显影效果有一定影响;坚膜温度对光刻胶浮雕面形、耐受时间有较大影响;而刻蚀环境温度直接影响着刻蚀速率、刻蚀深度和刻蚀面形效果。经平衡优化后,得出了理想的温度参数选取方案。     

干胶膜在微图案制作中的应用研究

采用干胶膜代替传统的光刻胶进行微图案的制备,并研究了工艺过程中的前烘时间、光刻时间、显影时间、显影液浓度等参数对微图案的影响。通过实验,研究发现当烘时间为30min、光刻时间为80s(光源为350W汞灯)、显影时间为90s、显影浓度为4%(显影液为Na2CO3溶液)时,可以成功制备出分辨率为50μm的图案线宽。     

基于BP神经网络的SU-8光刻胶工艺参数优选研究

SU-8是一种性能优异的厚胶,广泛应用于高深宽比的MEMS微结构中。本文首先用正交试验研究了前烘时间、曝光剂量、后烘时间以及显影时间对SU-8光刻胶图形尺寸精度的影响,得到了优化的工艺组合。在此基础上,运用BP神经网络对试验数据进行分析处理,预测了较正交试验分析结果更为优化的工艺组合,并用试验验证了其正确性。结果表明,经正交试验数据训练过的BP神经网络,很好地映射了工艺参数与优化指标之间的复杂非线性关系,此时应用BP神经网络对工艺参数进行优选研究能够得到更全面、准确的结果。     

激光诱导前向转移水中制备聚二甲基硅氧烷微粒

聚二甲基硅氧烷（PDMS）的表面能低、黏度大,难以在空气中制备微型球粒。利用激光诱导前向转移技术在水中制备PDMS微粒,深入研究了激光能量、光斑直径对PDMS粒径的影响,发现微粒平均直径为20～100μm,并随光斑直径增大而增大,随激光能量增大而减小,且微球表面光滑。同时,利用高速摄像机对水中激光诱导前向转移工艺进行研究,结果表明,激光诱导钛层形成空化泡,溃灭时形成的射流将PDMS脱离形成微滴,固化后成为微球粒。     

用于微反射镜制作的叠层光刻胶牺牲层工艺及残余应力控制

对应用于微反射镜制作的叠层光刻胶牺牲层工艺及微反射镜表面残余应力控制进行了研究。讨论了光刻胶牺牲层在电镀时的污染问题,提出电镀结束后重新制作光刻胶牺牲层的方法来保证牺牲层表面质量。同时提出蒸发-电镀相结合的工艺解决了上层光刻胶溶剂穿过中间结构层浸入底层光刻胶的问题,并通过控制蒸发与电镀过程中应力状态不同的两层金属薄膜的厚度解决了微反射镜镜面存在残余应力问题。最后成功释放了长620μm、宽500μm、厚2μm、悬空高为12μm的微反射镜结构。     

用于分布反馈光栅的纳米压印模板制作

高质量、低成本的压印模板的获得是采用纳米压印技术制作分布反馈光栅的难点,本文采用双层金属掩模及liftoff金属剥离方法制作了适用于紫外压印技术的石英基压印模板.首先,采用电子柬光刻技术在镀钛的石英基片表面直写出DFB光栅的光刻胶图形,接着,在其表面溅射一层金属镍并进行金属剥离得到与光刻胶相对的图形,最后采用电感耦合等...     

用于微镜制作的叠层光刻胶工艺及残余应力控制

对应用于微反射镜制作的叠层光刻胶牺牲层工艺及微反射镜表面残余应力控制进行了研究.讨论了光刻胶牺牲层在电镀时的污染问题,提出了用电镀结束后重新制作光刻胶牺牲层的方法来保证牺牲层表面质量.同时提出蒸发电镀相结合的工艺,解决了上层光刻胶溶剂穿过中间结构层浸入底层光刻胶的问题,并通过控制蒸发与电镀过程中应力状态不同的两层金属薄膜的厚度解决了微反射镜镜面存在残余应力问题.最后成功释放了620 μm×500 μm×2μm,悬空高12 μm的微反射镜结构.     

基于超声辅助的UV-LIGA光栅制备技术研究

光栅在通信、光存储及光谱分析领域具有广泛的应用。对超声辅助UV-LIGA技术制备光栅的可行性进行了试验研究。试验中两次利用超声的特殊效应,实现不同的辅助功能。1）采用超声辅助显影,通过改善光刻胶模沟槽内的物质传输,提高光刻胶模结构的显影效率和显影质量。2）在后烘之后、显影之前对光刻胶结构进行超声处理,通过在空气中对光刻胶模结构进行超声处理,有效降低SU-8胶模在电铸过程中的溶胀。选取优化的工艺参数,采用侧向冲液电铸方式,获得了镍基光栅。     

后烘温度对SU-8光刻胶热溶胀性及内应力的影响

对不同后烘温度条件下,SU-8胶在电铸液中的热溶胀性及胶层的内应力大小进行了研究。SU-8胶层内应力会使胶体结构开裂变形,而SU-8胶膜在电铸液中的热溶胀效应则是造成微电铸结构线宽减小的主要因素。SU-8胶内应力和溶胀性问题的存在,严重地影响了所制作图形的深宽比和尺寸精度。在其他工艺参数相同的情况下,测量了不同后烘温度条件下,SU-8胶微通道线宽随溶胀时间的变化。溶胀实验结果表明,后烘温度越低,SU-8胶的溶胀变形越大,且热溶胀现象主要发生在前30分钟,其后溶胀速率逐渐减缓而趋于稳定。在SU-8胶后烘后,利用基片曲率法的原理测量了胶层内应力的大小,实验数据表明,采用较低的后烘温度可以降低SU-8胶层的内应力。因此在工艺过程中,应该综合考虑热溶胀性及胶层内应力的影响,根据实际加工器件的要求适当选取后烘工艺参数。     

超疏水微结构表面的制备工艺研究

针对装备表面大面积采用超疏水结构以实现减阻、防污的需求,考虑加工低成本、可重复及高效的目标,采用PDMS模塑工艺来实现超疏水微结构的制备,基于高速微小孔钻削工艺在铝合金表面加工阵列微孔结构作为PDMS浇铸的模具,成功在PDMS膜表面复印出阵列微柱结构,对制备的超疏水微结构PDMS膜进行了加工误差分析,误差为6%。     

米级弯月面化学薄膜涂覆装备的研制

弯月面化学涂膜技术因其具有大面积、低成本以及高效率等优势成为继旋涂、喷涂等传统涂膜工艺后极具发展潜力的新型化学薄膜涂覆技术。本文针对国家某重大项目对米级光学元件表面的化学薄膜涂覆需求,对基于弯月面涂胶的技术原理进行了系统研究,分析了涂胶压强、基片和狭缝间距以及材料亲疏水性与涂胶面形态的关系,实现了对弯月液面的精密调控并研制出基于弯月面化学薄膜涂覆技术的装备,在1 400mm×420mm尺寸玻璃基片上实现了光刻胶的均匀涂覆,使整体胶膜厚度误差4%,满足了米级元件表面精密化学薄膜的涂覆需求。     

适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作

改进了适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作方法,可在20min内制作出厚度均匀、大小一致的PDMS芯片。通过对PDMS盖片进行光学处理后,既改善其表面的亲水性,又可与玻璃基片进行不可逆封接。通过在芯片储液池部位安装压驱入口接头,使注射泵或蠕动泵的流体运输管道与芯片微通道实现良好接合,操作简便、死体积小。是一种适用于以细胞分析为目的的微流控芯片构建方法。     

改善硬盘磁头气垫面边缘残留物的研究

本文针对公司电脑硬盘部件磁头的ABS面(气垫面)制造过程中,等离子刻蚀及清洗工艺完成后在ABS面图形边缘发现残留物(小突起,Fencing)的问题,进行了试验分析研究并找到了解决问题的办法。在对淀积物残留物形成机理的研究基础上结合对光刻技术、等离子刻蚀技术的研究的后,采用DOE实验方法优化了软烘及显影工艺后,增强了光刻胶与基材的粘附性进从而极大地减少了残留物的产生。ABS面图形边缘残留物的问题得到有效解决。     

聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光

为进一步提高聚酰亚胺薄膜光学器件的表面质量,提出了一种聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光方法,对其抛光原理和抛光实验进行了研究。利用光刻胶流体的低表面张力及流动特性,通过在聚酰亚胺薄膜表面涂覆光刻胶对其表面缺陷进行填补;结合聚酰亚胺与光刻胶的反应离子高各向异性等比刻蚀工艺,将光刻胶光滑平整表面高保真刻蚀转移至聚酰亚胺表面,从而实现聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光。实验结果表明:PV、RMS分别为1.347μm和340nm的粗糙表面,通过二次抛光其粗糙度可降低至75nm和13nm;PV、RMS分别为61nm和8nm的表面,其粗糙度可降低至9nm和1nm。该抛光方法能有效提高聚酰亚胺薄膜的表面光洁度,可为以聚酰亚胺薄膜为代表的高分子柔性光学器件的精密加工提供新的工艺思路。