用SU-8胶制高深宽比微结构的试验研究

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶，它适于超厚、高深宽比的MEMS微结构制造。但SU-8胶对工艺参数很敏感。采用正交试验设计方法对其工艺进行分析。采用三个因素进行试验，对试验进行了分析。以200μm厚的SU-8为例进行试验研究，得到光刻胶图形侧壁陡直，分辨率高，与基底附着性能，深宽比大于20。     

SU-8胶光刻工艺参数优化研究

对基于SU-8胶的UV-LIGA技术进行了工艺优化,研究了光源波长和曝光时间对SU-8胶成型的影响。结果表明,光刻胶表面线宽变化随曝光时间增加先减少后增加,有一个极小值;侧壁角度先增加后减少,有一个极大值。通过优化光源波长、曝光时间以及显影时间三个主要工艺参数,可以获得侧壁角度为90.64°正角的300μm厚光刻胶微结构和侧壁角度为89.98°近似垂直的500μm厚光刻胶微结构。     

SU-8胶与基底结合特性的实验研究

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶。它适于制作超厚、高深宽比的MEMS微结构。为电铸造出金属微结构，通常需要采用金属基底。但SU-8胶对金属基底的结合力通常不好，因而限制了其深宽比的提高。从SU-8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以及基底对近光紫外光的折射特性入手，对SU-8胶与基底的结合力进行分析，首次指出：在近紫外光的折射率高的基底与SU-8胶有很好的结合性。经实验得出经过氧化处理的TI片的SU-8胶的结合性强。这有利于为MEMS提供低成本，高深宽比的金属微结构。     

一种利用PDMS工艺解决SU-8去胶问题的方法

提出了一种解决SU-8去胶难题的方法.该方法首先将SU-8微结构用PDMS进行复制,然后利用复制的PDMS微结构进行下一步的电铸,电铸完成后只要简单地将PDMS揭下即可释放出金属模具.通过该方法制备得到了深宽比达到10的金属模具,而且模具表面光滑,侧壁垂直.     

SU-8胶及其在MEMS中的应用

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶。它适于制超厚、高深宽比的MEMS微结构。SU-8胶在近紫外光范围内光吸收度低,故整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致,可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形;它还具有良好的力学性能、抗化学腐蚀性和热稳定性;SU-8胶不导电,在电镀时可以直接作为绝缘体使用。由于它具有较多优点,被逐渐应用于MEMS的多个研究领域。本文主要分析SU-8胶的特点,介绍其在MEMS的一些主要应用,总结了我们研究的经验,以及面临的一些问题,并对厚胶技术在我国的应用提出建议和意见。     

SU-8胶及其在MEMS中的应用

SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶.它适于制超厚、高深宽比的MEMS微结构.SU-8胶在近紫外光范围内光吸收度低,故整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致,可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形;它还具有良好的力学性能、抗化学腐蚀性和热稳定性; SU-8胶不导电,在电镀时可以直接作为绝缘体使用.由于它具有较多优点,被逐渐应用于MEMS的多个研究领域.本文主要分析SU-8胶的特点,介绍其在MEMS的一些主要应用,总结了我们研究的经验,以及面临的一些问题,并对厚胶技术在我国的应用提出建议和意见.     

玻璃纤维增强SU-8胶技术

SU-8胶是一种能够以低成本制作高深宽比微结构的负性光刻胶,在非硅微电子机械系统(MEMS)领域具有广阔的应用前景。针对SU-8胶作为微结构材料时,其弹性模量和断裂强度较低的特性,采用透明度高的微细玻璃纤维作为增强相材料,制备玻璃纤维/SU-8复合材料。开发出一种既能够增强成型后SU-8微结构机械强度,又不影响SU-8可直接光刻成型能力的改性技术。通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对该复合材料的微观结构进行了分析和表征。同时,利用拉伸实验对复合材料的机械性能进行测试。实验结果表明,在不改变紫外光刻电铸(UV-LIGA)的光刻-显影工艺特征的条件下该复合材料的弹性模量(1 613 MPa)、断裂伸长率(1.63%)和断裂强度(26.7 MPa)均比纯SU-8胶材料有较大提升。     

移动焦平面正反面曝光制备SU-8微结构及PDMS浓度梯度产生器

针对芯片实验室对浓度梯度产生器（CGG）的需求,为制作侧壁垂直的CGG,提出了一种移动焦平面正反面曝光制备SU-8光刻胶微结构的方法。该方法根据焦深将SU-8厚度分成多层,每曝光一次焦面向下移动一层,当曝光层数达到总层数一半时将样品翻转,同样采用移动焦面重复曝光的方式使SU-8内部形成光化学反应通道,得到充分曝光。最终利用SU-8微结构制作出聚二甲基硅氧烷(PDMS) CGG。测试结果表明：SU-8微结构实际轮廓侧壁垂直,没有出现“T”形结构,沟道高度为49.4μm; PDMS CGG侧壁垂直,沟道深度为49.3μm,满足CGG侧壁垂直要求。     

SU-8胶微结构的显影技术研究

突破了传统深宽比概念,提出金属基底上基于图形特征的光刻胶显影技术,对采用SU-8胶加工高分辨率和高深宽比微结构的显影工艺进行了讨论,分析了120-340μm厚具有不同图形特征的SU-8胶显影规律,认为在同样条件下,凸型图形显影效果优于凹型非连通性图形;曲线型显影效果优于直线型图形与点状图形;圆弧连接的图形显影效果优于尖角型图形。显影时辅助适当功率的超声搅拌显著改善图形质量,凸型结构最佳超声功率小于10w;凹型结构超声功率为15W左右;深宽比为5-7的凸型胶膜结构适宜显影时间为10min以内,凹型结构显影时间达25min。     

SU-8胶微结构的显影技术研究

突破了传统深宽比概念,提出金属基底上基于图形特征的光刻胶显影技术,对采用SU-8胶加工高分辨率和高深宽比微结构的显影工艺进行了讨论,分析了120～340μm厚具有不同图形特征的SU-8胶显影规律,认为在同样条件下,凸型图形显影效果优于凹型非连通性图形;曲线型显影效果优于直线型图形与点状图形;圆弧连接的图形显影效果优于尖角型图形。显影时辅助适当功率的超声搅拌显著改善图形质量,凸型结构最佳超声功率小于10W;凹型结构超声功率为15W左右;深宽比为5～7的凸型胶膜结构适宜显影时间为10min以内,凹型结构显影时间达25min。     

不同波段近紫外光在SU-8胶中穿透深度的研究

通过对SU—8胶近紫外波段下透射光谱的分析，得到不同波长近紫外光在SU—8胶中的穿透深度，并分析了不同波段近紫外光对SU—8胶微结构的影响，结果表明穿透深度大的近紫外波段曝光出来的图形质量好，深宽比大，侧壁陡直。     

Integration of High Aspect Ratio Tapered Silicon Via for Silicon Carrier Fabrication

This paper provides a detailed overview of silicon carrier-based packaging for 3-D system in packaging application. In this work the various critical process modules that play a vital role in the integration and fabrication of silicon carrier with high aspect ratio tapered through-silicon interconnections have been explained and discussed with experimental data. A method of fabricating tapered deep silicon via in a three-step approach has been developed and characterized which controls via depth, sidewall profile, and surface roughness effectively. A low-temperature dielectric deposition process is also developed that has minimum residual stress and good dielectric coverage on the via sidewall. The above processes were then integrated with back-end processes like seed metallization, copper electroplating, chemical mechanical polishing, and wafer thinning to realize a fully integrated silicon carrier fabrication technology. The silicon carriers were finally assembled and tested for through silicon interconnection.      

高深宽比硅通孔检测技术研究

由于SEM显微镜、FIB显微镜检测高深宽比硅通孔耗时、费用高,研究了垂直扫描白光干涉技术检测硅通孔的可行性。设定刻蚀/钝化时间比率,改变深硅刻蚀功率和刻蚀时间,获得不同深度和侧壁粗糙度的硅通孔,并用垂直扫描白光干涉技术进行检测。研究结果表明垂直扫描白光干涉技术可以观察硅通孔的形状、测量侧壁粗糙度、精确无损测量硅通孔深度,可以替代SEM、FIB检测方法。     

Characterisation of stainless steel microparts fabricated by soft moulding technique

A fabrication process of 316-L stainless steel microcomponents and characterisation of their surface roughness and porosity is presented. The fabrication process is divided into two parts. In the first part, SU-8 master moulds and their negative replicas from soft moulds are fabricated using photolithography and soft moulding techniques, respectively. The second part includes preparing stainless steel slurry using super fine stainless steel powder and binder, filling the soft moulds, obtaining the green parts, de-binding and sintering to the final parts. The resultant microparts reflect the same quality as the SU-8 master moulds. The surface roughness and porosity of the microparts are investigated using stereo imaging technique and X-ray microtomography, respectively. The average surface roughness Ra measures 132.2 nm and the overall porosity is found to be 4.5 .     

PDMS多层次蘑菇形微结构的制作

提出了一种基于光刻胶牺牲层技术的用于制作多层次SU-8模具的新方法,并进一步采用浇注成型的方法制作了聚二甲基硅氧烷(PDMS)多层次蘑菇形微结构。在多层次SU-8模具的制作过程中,使用了正性光刻胶BP212作为牺牲层,并采用超声辅助显影的方法使显影的时间大大缩短。通过对多层次SU-8模具预处理,有效减小了多层次SU-8模具与PDMS的结合力,从而提高了PDMS脱模的成功率。对制作的PDMS多层次蘑菇形微结构和PDMS单层次微柱结构进行了接触角测试。结果表明,PDMS多层次蘑菇形微结构的接触角为150.93°±1.6°,PDMS单层次微柱结构的接触角为139.19°±0.1°。由此可知PDMS多层次蘑菇形微结构具有优异的超疏水性能。     

Stable superhydrophobic surfaces induced by dual-scale topography on SU-8

SU-8 is a photosensitive resist widely used for the fabrication of MEMS and lab-on-a-chip devices, as well as of model structures for testing wetting theories. In this work, superhydrophobic surfaces are fabricated on SU-8 by combining micro- and nano-sized structures formed by means of lithography and plasma etching, respectively. It is found that nanotexturing of the micropatterned SU-8 surfaces is essential in enhancing surface hydrophobicity and rendering the surfaces water repellent (i.e. minimizing contact angle hysteresis). The proposed method will be shown to be of paramount importance for the fabrication of mechanically stable and robust superhydrophobic SU-8 surfaces with low aspect ratio microstructuring.     

SU—85光刻胶的应用工艺研究

SU－8系列负性光刻胶是一种新品光刻胶,它具有良好的光敏性和高深度比,适合于微机电系统,UV－LIGA和其它厚膜,超厚膜应用[1,2],介绍了利用SU－85光刻胶,采用UV曝光制轩LIGA掩模板涉及的SU－85工艺研究结果。     

High density patterns fabricated in SU-8 by UV curing nanoimprint

We present results on the nanofabrication of high density patterns in SU-8 resist, based on nanoimprinting combined with UV curing. The temperature dependence of the imprinted depth was investigated. The SU-8 gratings were well resolved with high density, good uniformity and high aspect ratio. This was achieved at low temperature and low pressure. Some issues and possible solutions are discussed. The process should find broader applications such as in the manufacture of nanofluidic channels and nanophotonic structures.