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.     

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。     

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。     

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。     

PYREX 7740玻璃湿法刻蚀研究

玻璃腐蚀工艺是MEMS工艺的重要方面.本文对PYREX 7740玻璃湿法刻蚀进行研究,提出了利用铬膜和光刻胶作为掩膜,进行一次光刻、多次坚膜、多次腐蚀的工艺方法.该方法可以使掩膜耐蚀时间达到200多分钟,且能腐蚀出表面平整、线条清晰的十多微米的深槽.实验还得出玻璃的腐蚀速率和温度的关系以及光刻胶的耐蚀时间和温度之间的关系.     

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。     

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。     

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。     

热压增大光刻胶光栅占宽比的方法及其应用

全息光刻-单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作大高宽比硅光栅的一种重要方法,而如何增大光刻胶光栅的占宽比,以提高制作工艺宽容度和光栅质量是急需解决的问题。本文提出了一种热压增大光刻胶光栅占宽比的方法,该方法通过加热加压直接将光刻胶光栅线条展宽。论文详细阐述了其工艺过程,探究了占宽比增加值随施压载荷、温度的变化规律,讨论了施压垫片对光刻胶光栅质量的影响。应用此方法制作了周期为500 nm的硅光栅,光栅线条的高宽比达到了12.6,氮化硅光栅掩模的占宽比高达0.72。热压增大光刻胶光栅占宽比的方法工艺简单、可靠,无需昂贵设备、成本低,能够有效增大占宽比,且获得的光栅掩模质量高、均匀性好,满足制作高质量大高宽比硅光栅的要求。     

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。     

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。     

压印光刻工艺中光刻胶填充流变模拟与试验研究

压印光刻工艺中,为了实现高质量的压印复型,必须能够理解和预测压印载荷作用下光刻胶的流变填充行为。根据实际采用的光刻胶的特性,建立了基于粘性流体的光刻胶流变填充有限元模型,采用体积率法对光刻胶流场的运动边界进行追踪,研究模板特征几何尺寸、胶层厚度及及尺度效应对压印填充过程的影响及其作用机理。结果表明,光刻胶流变填充以单峰或双峰两种模式进行,模式的转变点可由特征凹槽宽度和初始胶厚度的比值来预测,并受表界面效应的影响;最有利于填充的特征深宽比约为0.8;最佳初始胶层厚度约为特征深度的2倍。进行了相应的压印试验,试验结果与模拟计算的结论吻合,说明仿真结果可信,可以作为压印光刻工艺中模板图形几何特征、胶厚以及模板表面处理的工艺设计依据。     

基于玻璃湿法刻蚀的微流控器件加工工艺研究

介绍了以玻璃为基体材料的微加工工艺流程,重点研究了玻璃湿法刻蚀工艺,选择多种不同成分的刻蚀剂进行了对比性刻蚀试验,同时研究了刻蚀温度、搅拌方式和清洗间隔时间等多种刻蚀条件对刻蚀效果的影响,研究主要以高刻蚀速率的深度刻蚀以及高表面质量的毛细管道刻蚀两种典型应用为目标。对比与分析了多种试验结果并对其适用范围进行了适当的评价,为基于玻璃材质的微流控器件加工工艺提供了基本选择方案及实际经验曲线。     

厚胶光刻蚀刻中的图形展宽分析与改善研究

为了刻蚀出低损耗波导沟道,对光刻和反应离子束蚀刻(RIE)中影响展宽的工艺条件进行理论分析和实验实践,提出采用多次旋涂、消除芽孢、低温后烘和刻蚀、光学稳定等措施减小展宽,并对不能完全消除的展宽分析给出原因。实验结果表明展宽得到有效的改善。     

紫外厚胶光刻技术在3-D MEMS电感中的应用

研究了紫外厚胶光刻技术在三维微机械电感中的应用.实验用负性光刻胶SU-8构造了三维微机械电感的胶结构模型,并对光刻胶的工艺条件进行了研究.结果表明,负性光刻胶SU-8的光敏性好,形成的胶结构侧墙较陡直,能够实现较大的深宽比,为结构复杂的三维微机械电感的制作提供了保证.     

大高宽比光栅的摇床式辅助显影工艺

针对大高宽比微结构显影过程中由显影液的对流传质严重受限、光刻胶层厚、显影时间长带来的显影不均匀问题,提出了基于翘板式摇床辅助的显影方法。利用有限元法模拟了摇床工作时整个样品表面的流场分布以及显影液在不同高宽比微结构光栅表面的流场分布。模拟结果表明,通过摇床摆动可以实现显影液均匀流动。然后,提出了快速的显影参数确定方法,并通过实验给出了沟槽深宽比和显影速率之间的关系,提供了可参考的显影工艺参数,并验证了工艺参数的合理性。在显影时间为10~12 min,显影速率为0.21~0.23 m/s,沟槽深宽比为2.5,光刻胶厚度为200μm的光栅的显影均匀性优于96%。该方法可以实现大高宽比微结构的均匀显影,满足高质量大高宽比光栅的制作要求。     

多阶游程受限光盘母盘刻录的建模与工艺研究

摘要：目的：传统光盘坑点的深度和宽度保持一致,多阶游程受限光盘坑点的深度和宽度随阶次的变化而不同,因此对母盘刻录工艺要求更高。因此值得对其刻录工艺进行研究。方法：建立了光盘母盘刻录的光刻模型。该模型中使用矢量衍射来计算聚焦光斑的光强分布,使用多层薄膜的光传导来描述光在光刻胶中的传播。结果：给出了关键工艺参数,例如光刻胶厚度、显影液浓度和显影时间,对典型坑点的深度和宽度影响的实验和仿真结果。光刻胶厚度的减少会引起宽度的增大和深度的减小。延长显影时间和增加显影液的效果相当,都会引起坑点宽度和深度的增加。结论：实验和仿真结果吻合,证明了模型的正确性。分析结果对实际中多阶母盘的制备很有参考价值。同时,理论模型还可以用于分析其他工艺参数的影响,以及用于分析其他格式光盘的母盘刻录工艺。     

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。     

反应离子束蚀刻中的草地现象及其改善

针对波导沟道制作的蚀刻工艺,讨论利用反应离子束蚀刻技术制备波导沟道的工艺条件对面形的影响,对严重影响面型的草地现象形成原因和工艺改善进行实验实践,包括光刻胶、温度效应、二次效应等因素,并提出进行光学稳定、调节离子入射角和改变刻蚀气体压强等减小草地现象的措施,对蚀刻低损耗波导进行有益的探索。     

用于复制柱面微透镜阵列的铸塑工艺

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的柱面微透镜阵列镍模板基础上,采用铸塑工艺得到了高质量的 PMMA 柱面微透镜阵列。文中介绍了静态铸塑的模具设计、工艺过程、参数控制及测试分析。微透镜阵列面形误差小于0.5μm。光刻热熔技术可分为三个步骤:①光刻胶板在掩模的遮蔽下进行紫外曝光;②对已曝光的光刻胶板进行显影和清洗;③热熔成型。