第5期 微细加工技术 2006年10月 MICROFABRICATION TECHNOLOGY Oct.,2006 文章编号:1003-8213(2006)050051404 基于 UV-LIGA技术的微注塑金属模具的工艺研究 杜立群,秦江2,刘海军2,刘冲2,于同敏 (1.大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连116024 2.大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室,大连116024) 摘要:介绍了一种新颖的微注塑模具的制作方法—一无背板生长法,它是利用负性厚SU8光刻胶, 通过低成本的 UV-LIGA表面微加工工艺,直接在金属基板上电铸镍图形而制作完成的。讨论了 sU8胶与基底的结合特性以及几种去除SU-8胶的有效方法,所制作的微注塑模具已用于微注塑 加工中。无背板生长工艺的突出优点是微电铸时间短、模具质量高,而且还适合于制作其他微机 械组件,是目前MEMS领域中比较有发展前途的加工方法。 关键词:微电铸: UV-LIGA工艺:SU8光刻胶:微注塑模具 中图分类号:TN305 文献标识码:A 1引言 本文介绍了一种基于无背板生长法、简单、低成 本的微注塑模具的SU8胶 UV-LIGA工艺制作技 术。无背板生长法是利用负性厚SU8光刻胶,通过 LGA技术是制作三维微结构的重要技术,是低成本的 UV-LIGA表面微加工工艺,直接在金属基 光刻、电铸和模塑的组合技术,它使制作高精度、高板上电铸镍图形来实现的。与背板生长法相比,由 深宽比的微结构成为可能,由LGA及其相关技术于不需要电铸衬背,因此电铸时间大大缩短。同时 制作的产品正处于发展阶段。但由于受到X射线由于电铸层的面积小,使得铸层内应力的影响也较 光源的限制,以及加工过程中需要沉积大面积毫米小,所制得的表面质量较高 级的金属层作为衬背,属于背板生长工艺,因此微电 铸时间较长2]。而 UV-LIGA工艺在一定深宽比范2实验 围内的制造成本低廉,比LIGA工艺具有更明显的 优势,目前已经成为制作三维微结构最有发展前途 基于无背板生长法的金属微模具制作的基本流 的技术。利用 UV-LIGA技术制作微注塑模具的过程如图1所示,该工艺主要包括以下三步:SU8胶 程就是将光刻胶通过光刻掩模在紫外线下曝光,从的紫外光刻微镍电铸SU8胶的去除 1材料与掩模 而得到光刻胶模,将该胶模作为电铸的芯模,进而得 光刻胶和显影液是 Microchem Corp.公司提供 到金属负拷贝,这就是模塑技术的塑料拷贝3 的 NANO SU82075光刻胶和SU8显影液。SU8 Epon SU8是基于环氧树脂的负性厚光刻胶,光刻胶是一种单个分子中含有8个环氧基的环氧树 具有很好的机械性能,而且它在近紫外光范围内的脂,SU8显影液是单甲基醚丙二醇乙酸酯(PG- 吸收率较低,可用于高深宽比微结构的制作。用MEA),基板是45钢(尺寸为:40mm×40mmx10 sU8胶制作的微结构可用做电铸的芯模,所以SU8mm),本实验使用的光刻掩模是由沈阳47所提供 胶已经广泛地应用于 UV-LIGA工艺4 的,如图2所示。 收稿日期:200640404:修订日期:200640503 基金项目:国家高科技研究发展计划(863项目)资助(2002AA404460:2004AA404260) 多作者简介来群(906-),女,黑龙江人,副教授主要研究方向为微机电系统秦江(193-),男,河南人,在读硕土,主 究方向为SU-8胶紫外光刻工艺:刘海军(1981-),男,河北邢台人,在读硕士,主要研究方向为微电铸加工工艺
第 ! 期 "##$ 年 %# 月 微细加工技术 &’()*+,-)’(,.’*/ .0(1/*2*34 56 ! *786 ，"##$ 收稿日期："##$:#;:#;；修订日期："##$:#!:#< 基金项目：国家高科技研究发展计划（=$< 项目）资助（"##",,;#;;$#；"##;,,;#;"$#） 作者简介：杜立群（%>$$ ? ），女，黑龙江人，副教授，主要研究方向为微机电系统；秦江（%>=< ? ），男，河南人，在读硕士，主 要研究方向为 @A:= 胶紫外光刻工艺；刘海军（%>=% ? ），男，河北邢台人，在读硕士，主要研究方向为微电铸加工工艺。 文章编号：%##<:="%<（"##$）#!:##!%:#; 基于 AB:2’3, 技术的微注塑金属模具的工艺研究 杜立群% ，秦 江" ，刘海军" ，刘 冲" ，于同敏% （%6 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，大连 %%$#";； "6 大连理工大学 辽宁省微纳米技术及系统重点实验室，大连 %%$#";） 摘要：介绍了一种新颖的微注塑模具的制作方法———无背板生长法，它是利用负性厚 @A:= 光刻胶， 通过低成本的 AB:2’3, 表面微加工工艺，直接在金属基板上电铸镍图形而制作完成的。讨论了 @A:= 胶与基底的结合特性以及几种去除 @A:= 胶的有效方法，所制作的微注塑模具已用于微注塑 加工中。无背板生长工艺的突出优点是微电铸时间短、模具质量高，而且还适合于制作其他微机 械组件，是目前 &0&@ 领域中比较有发展前途的加工方法。 关 键 词：微电铸；AB:2’3, 工艺；@A:= 光刻胶；微注塑模具 中图分类号：./<#! 文献标识码：, ! 引言 2’3, 技术是制作三维微结构的重要技术［%］ ，是 光刻、电铸和模塑的组合技术，它使制作高精度、高 深宽比的微结构成为可能，由 2’3, 及其相关技术 制作的产品正处于发展阶段。但由于受到 C 射线 光源的限制，以及加工过程中需要沉积大面积毫米 级的金属层作为衬背，属于背板生长工艺，因此微电 铸时间较长［"］ 。而 AB:2’3, 工艺在一定深宽比范 围内的制造成本低廉，比 2’3, 工艺具有更明显的 优势，目前已经成为制作三维微结构最有发展前途 的技术。利用 AB:2’3, 技术制作微注塑模具的过 程就是将光刻胶通过光刻掩模在紫外线下曝光，从 而得到光刻胶模，将该胶模作为电铸的芯模，进而得 到金属负拷贝，这就是模塑技术的塑料拷贝［<］ 。 0DEF @A:= 是基于环氧树脂的负性厚光刻胶， 具有很好的机械性能，而且它在近紫外光范围内的 吸收率较低，可用于高深宽比微结构的制作。用 @A:= 胶制作的微结构可用做电铸的芯模，所以@A:= 胶已经广泛地应用于 AB:2’3, 工艺［;］ 。 本文介绍了一种基于无背板生长法、简单、低成 本的微注塑模具的 @A:= 胶 AB:2’3, 工艺制作技 术。无背板生长法是利用负性厚 @A:= 光刻胶，通过 低成本的 AB:2’3, 表面微加工工艺，直接在金属基 板上电铸镍图形来实现的。与背板生长法相比，由 于不需要电铸衬背，因此电铸时间大大缩短。同时 由于电铸层的面积小，使得铸层内应力的影响也较 小，所制得的表面质量较高。 # 实验 基于无背板生长法的金属微模具制作的基本流 程如图 % 所示，该工艺主要包括以下三步：@A:= 胶 的紫外光刻、微镍电铸、@A:= 胶的去除。 #$ ! 材料与掩模 光刻胶和显影液是 &G7HE7IJK (EHD6 公司提供 的 /,/*.& @A:= "#L! 光刻胶和 @A:= 显影液。@A:= 光刻胶是一种单个分子中含有 = 个环氧基的环氧树 脂，@A:= 显影液是单甲基醚丙二醇 乙酸酯（ M3: &0,），基板是 ;!N 钢（尺寸为：;# KK O;# KK O %# KK），本实验使用的光刻掩模是由沈阳 ;L 所提供 的，如图 " 所示。 万方数据
微细加工技术 2006年 ↓↓↓↓↓↓ (6)样品的显影是室温下在SU-8显影液中进 a紫外线曝光 行的,之后,先用异丙醇漂洗,再用过滤的压缩氮气 吹干,即可获得所需微结构图形,可将其直接作为电 显影 铸的胶模具 用光学显微镜(OP)和 JEOL JSM-6360LV扫 e微电铸镍 描电镜(SEM)观察了显影后的微结构,如图3所示。 d去除SU胶 光刻掩模-8胶 种 基板电铸的镍图形 图1金属微模具的制作过程 a散模整体照片 胶模局部照片 图3SU8胶模的光学显微镜照片 2.3金属模具 镍一向被认为是电铸工业的驮马,大约有95% 或者更多的电铸产品是镍制品,这主要归因于它优 良的组合特性。电铸镍具有极好的强度、硬度、韧性 以及较宽范围的抗腐蚀能力。镍电铸可实现在胶模 具的自由空间里沉积镍,许多微结构都是通过该工 图2金属模具的光刻掩模 艺来实现的。本文的研究表明,把SU8胶微结构作 2.2电铸用胶模具 为电铸的胶模具是非常有效的。镍电铸的工艺参数 三维胶模具是通过紫外光刻工艺完成的,具体为:温度50℃~60℃、pH值3~4、电流密度 过程如下 07Mdm2。电铸后镍模具的平均厚度为80μm,其 (1)将45″钢基板分别浸泡在丙酮和无水乙醇光学显微镜照片如图4所示,实物照片如图5所示 中,用超声波清洗机各清洗20min,然后用去离子水 冲洗6次,每次保持3min。将洗净的钢基板用过滤 的压缩氮气吹干后,放入110℃的烘箱中烘90min。 (2)光刻工艺之前应预先在钢基板上旋涂一层 种子层,甩胶机的转速为2000r/min,保持20s。种 子层是与SU-8胶相配套的增黏剂 Omnicoat,厚度 在7μm左右。然后再将SU82075光刻胶旋涂在 洗净的钢基板表面,甩胶机的转速为800r/min,保 持30s a金属模具整体照片 金属模具局部照片 (3)为了使SU8自平整,将甩胶后的钢基板在 图4金属模具的光学显微镜照片 空气中水平放置15min。然后在热板上65℃时烘 焙10mn,95℃时烘焙30mn。之后,待其缓慢冷3问题与讨论 却至室温 (4)采用接触式紫外曝光10min,可以实现微 众所周知,SU-8胶对工艺参数非常敏感,而且 图形的转移,波长为365m。 旦固化后很难去除,对其影响的主要工艺参数有 (5)在热板上95℃时烘焙15min,待样品冷却至基板的材料、前处理、前烘的温度和时间、曝光时间、 室温后,使其崧30min,目的是释放它的残余应力。后烘的温度和时间、显影的方式和时间等
微 细 加 工 技 术 !""# 年 图 $% 金属微模具的制作过程 图 !% 金属模具的光刻掩模 !" !# 电铸用胶模具 三维胶模具是通过紫外光刻工艺完成的，具体 过程如下： （$）将 &’( 钢基板分别浸泡在丙酮和无水乙醇 中，用超声波清洗机各清洗 !" )*+，然后用去离子水 冲洗 # 次，每次保持 , )*+。将洗净的钢基板用过滤 的压缩氮气吹干后，放入 $$" -的烘箱中烘 ." )*+。 （!）光刻工艺之前应预先在钢基板上旋涂一层 种子层，甩胶机的转速为 ! """ / 0 )*+，保持 !" 1。种 子层是与 2345 胶相配套的增黏剂 6)+*789:，厚度 在 ; !) 左右。然后再将 2345 !";’ 光刻胶旋涂在 洗净的钢基板表面，甩胶机的转速为 5"" / 0 )*+，保 持 ," 1。 （,）为了使 2345 自平整，将甩胶后的钢基板在 空气中水平放置 $’ )*+。然后在热板上 #’ - 时烘 焙 $" )*+，.’ - 时烘焙 ," )*+。之后，待其缓慢冷 却至室温。 （&）采用接触式紫外曝光 $" )*+，可以实现微 图形的转移，波长为 ,#’ +)。 （’）在热板上.’ -时烘焙 $’ )*+，待样品冷却至 室温后，使其松弛," )*+，目的是释放它的残余应力。 （#）样品的显影是室温下在 2345 显影液中进 行的，之后，先用异丙醇漂洗，再用过滤的压缩氮气 吹干，即可获得所需微结构图形，可将其直接作为电 铸的胶模具。 用光学显微镜（6<）和 =>6? =2@ A #,#"?B 扫 描电镜（2>@）观察了显影后的微结构，如图, 所示。 图 ,% 2345 胶模的光学显微镜照片 !" $# 金属模具 镍一向被认为是电铸工业的驮马，大约有 .’C 或者更多的电铸产品是镍制品，这主要归因于它优 良的组合特性。电铸镍具有极好的强度、硬度、韧性 以及较宽范围的抗腐蚀能力。镍电铸可实现在胶模 具的自由空间里沉积镍，许多微结构都是通过该工 艺来实现的。本文的研究表明，把 2345 胶微结构作 为电铸的胶模具是非常有效的。镍电铸的工艺参数 为：温 度 ’" - D #" -、EF 值 , D &、电 流 密 度 "G ; H 0 I)! 。电铸后镍模具的平均厚度为 5" !)，其 光学显微镜照片如图 & 所示，实物照片如图 ’ 所示。 图 &% 金属模具的光学显微镜照片 $# 问题与讨论 众所周知，2345 胶对工艺参数非常敏感，而且 一旦固化后很难去除，对其影响的主要工艺参数有 基板的材料、前处理、前烘的温度和时间、曝光时间、 后烘的温度和时间、显影的方式和时间等。 !’ 万方数据
第5期 杜立群等:基于 UV-LIGA技术的微注塑金属模具的工艺研究 53 2列09:27545 图6残留有SU-8胶的金属模具 图5金属模具的照片 3.1SU8胶与基板的结合强度 尽管SU-8胶有许多优点,但是它的致命缺点之 一是在光刻过程中容易产生很大的内应力。如果交 联现象严重,极易导致浮胶,甚至破坏图形。尤其是 在一些金属(例如金、铜、镍和铬等)基板上,其结合 强度的问题远比在硅或二氧化硅上严重6-7。经本 图7热灰化后的金属模具 文研究表明,并不是所有的金属与SU8胶的结合力 都不好,例如45钢与SU8胶的结合力就相对好一工艺。本文描述的无背板生长法同样适合于制作其 些。但为了进一步提高钢基板与SU8胶的结合力,他微机械组件,如微沟道、微喷嘴、过滤器、混合器、 在本实验中引入了种子层。 LCD监视器的光导板等,是目前MEMS领域比较有 3.2SU-8胶的去除 发展前途的加工方法 在厚胶工艺中由于SU-8胶的高度交联反应,使 其在电铸工艺后很难去除,尤其是在不损坏电铸层参考文献: 的情况下,要想有效去除SU8胶是一个很大的挑[1] u Wenmin, Wenzel Christian, Gerlach Gerald. Fabrication 战。在这种情况下,SU-8胶的去胶剂有时起不了太 of a 3D differential-capacitive acceleration sensor by U\ 大的作用,为此,需探索一些去除SU-8胶的工艺。 LIGAC J]. Sensors and Actuators, 1999, 77: 14-20 [2 Bacher W, Bade K, Matthis B, et al. Fabrication of LIGA 在大面积交联的情况下,SU-8胶可以通过在热 mold inserts[J]. Microsystem Technologies, 1998,4: 117 丙酮中煮数小时,然后用超声洗净的方法去除。而 l19 在小面积交联的情况下,SU8胶可以通过反应离子[3] Johansen L.s, Ginnerup M, Ravnkilde J T,et 刻蚀的方法去除,但刻蚀时间不能过长,射频功率不 al. Electroforming of 3D microstructures on highly structured 能过高,否则易使SU-8胶变黑、变质,更难去除, surfaces[J]. Sensors and Actuators, 2000,83: 156-160 对于残留于微孔或缝隙中的SU-8胶而言,可通[4] Chan-Pa 过高温灰化的方法去除,即烧灼金属模具,然后在热 丙酮中超声洗净,这种方法对金属模具比较有效。 图6是残留有SU-8胶的金属模具SEM照片,图7 and Actuators B, 2004, 101: 175-182 是采用热灰化法后的金属模具SEM照片。 [5] Chang Hyun-Kee, Kim Yong-Kweon UV-LIGA process for high aspect ratio structure using stress barrier and C shaped etch holelJ] Sensors and Actuators,2000,84: 342 4结论 -350. Paul m, clift W Miles, Goods Steven h. removal 微注塑金属模具是通过组合低成本的 UV-LIGA of SU-8 photoresist for thick film applications [J J 表面微加工工艺,利用SU8光刻胶和微电铸技术制 Microelectronic Engineering, 2002, 61-62: 993-1 000. 作的,同时还介绍了几种比较实用的去除SU-8胶的[7]张立国,陈迪,杨帆,等.SU48胶光刻工艺研究[冂].光 学精密工程,2002,(3):266-269 万方数据
第 ! 期 杜立群等：基于 #$%&’() 技术的微注塑金属模具的工艺研究 图 !" 金属模具的照片 !" #$ *#%% 胶与基板的结合强度 尽管 *#%+ 胶有许多优点，但是它的致命缺点之 一是在光刻过程中容易产生很大的内应力。如果交 联现象严重，极易导致浮胶，甚至破坏图形。尤其是 在一些金属（例如金、铜、镍和铬等）基板上，其结合 强度的问题远比在硅或二氧化硅上严重［, - .］ 。经本 文研究表明，并不是所有的金属与 *#%+ 胶的结合力 都不好，例如 /!0 钢与 *#%+ 胶的结合力就相对好一 些。但为了进一步提高钢基板与 *#%+ 胶的结合力， 在本实验中引入了种子层。 !" &$ *#%+ 胶的去除 在厚胶工艺中由于 *#%+ 胶的高度交联反应，使 其在电铸工艺后很难去除，尤其是在不损坏电铸层 的情况下，要想有效去除 *#%+ 胶是一个很大的挑 战。在这种情况下，*#%+ 胶的去胶剂有时起不了太 大的作用，为此，需探索一些去除 *#%+ 胶的工艺。 在大面积交联的情况下，*#%+ 胶可以通过在热 丙酮中煮数小时，然后用超声洗净的方法去除。而 在小面积交联的情况下，*#%+ 胶可以通过反应离子 刻蚀的方法去除，但刻蚀时间不能过长，射频功率不 能过高，否则易使 *#%+ 胶变黑、变质，更难去除。 对于残留于微孔或缝隙中的 *#%+ 胶而言，可通 过高温灰化的方法去除，即烧灼金属模具，然后在热 丙酮中超声洗净，这种方法对金属模具比较有效。 图 , 是残留有 *#%+ 胶的金属模具 *12 照片，图 . 是采用热灰化法后的金属模具 *12 照片。 ’$ 结论 微注塑金属模具是通过组合低成本的 #$%&’() 表面微加工工艺，利用 *#%+ 光刻胶和微电铸技术制 作的，同时还介绍了几种比较实用的去除*#%+胶的 图 ," 残留有 *#%+ 胶的金属模具 图 ." 热灰化后的金属模具 工艺。本文描述的无背板生长法同样适合于制作其 他微机械组件，如微沟道、微喷嘴、过滤器、混合器、 &34 监视器的光导板等，是目前 212* 领域比较有 发展前途的加工方法。 参考文献： ［5］" 67 89:;<:，89:=9> 3?@<AB<C:，(9@>CD? (9@C>EF GCH@<DCB<I: IJ C K4 E<JJ9@9:B<C>%DCLCD<B<M9 CDD9>9@CB<I: A9:AI@ HN #$% &’()［O］F *9:AI@A C:E )DB7CBI@A，5PPP，..：5/ - QRF ［Q］" SCD?9@ 8，SCE9 T，2CBB?<A S，9B C>F GCH@<DCB<I: IJ &’() ;I>E <:A9@BA［O］F 2<D@IANAB9; U9D?:I>IV<9A，5PP+，/：55. - 55PF ［K ］" OI?C:A9: & *，(<::9@7L 2，WCM:X<>E9 O U，9B C>F 1>9DB@IJI@;<:V IJ K4 ;<D@IAB@7DB7@9A I: ?<V?>N AB@7DB7@9E A7@JCD9A［O］F *9:AI@A C:E )DB7CBI@A，QRRR，+K：5!, - 5,RF ［ / ］" 3?C:%YC@X 2C@N S，Z?C:V O7:，[C: [9?C<，9B C>F GCH@<DCB<I: IJ >C@V9 *#%+ ;I>E \<B? ?<V? CAL9DB @CB<I ;<D@ID?C::9>A HN #$ 9]LIA7@9 EIA9 @9E7DB<I:［O］F *9:AI@A C:E )DB7CBI@A S，QRR/，5R5：5.! - 5+QF ［!］" 3?C:V ^N7:%T99，T<; [I:V%T\9I:F #$%&’() L@ID9AA JI@ ?<V? CAL9DB @CB<I AB@7DB7@9 7A<:V AB@9AA HC@@<9@ C:E 3 - A?CL9E 9BD? ?I>9［O］F *9:AI@A C:E )DB7CBI@A，QRRR，+/：K/Q - K!RF ［,］" 49:B<:V9@ YC7> 2，3><JB 8 2<>9A，(IIEA *B9M9: ^F W9;IMC> IJ *#%+ L?IBI@9A<AB JI@ B?<DX J<>; CLL><DCB<I:A［ O ］ F 2<D@I9>9DB@I:<D 1:V<:99@<:V，QRRQ，,5 - ,Q：PPK - 5 RRRF ［.］ 张立国，陈迪，杨帆，等 F *#%+ 胶光刻工艺研究［O］F 光 学精密工程，QRRQ，（K）：Q,, - Q,PF K! 万方数据
微细加工技术 2006年 Study on Process of Microinjection Metal Mold Based on UV-LIGA Technology DU Li-qun, QIN Jiang, LIU Hai-jun, LIU Chong, YU Tong-min (1. Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China: 2. Key Laboratory for Micro//Nano Technology and System of Liaoning Province, Dalian, China) Abstract: A novel microfabrication technology of microinjection metal mold is presented, which it is called no-back plate-growth method. By the method, the nickel micro-electroforming pattern was directly made on a metal substrate by a low-cost UV-LIGA surface micro-fabrication process using the negative thick SU-8 photoresist to form the mi- croinjection mold. The adhesion property of the photoresist with the substrate and some effective methods of remo- ng the photoresist were discussed. The method takes a short time for micro-electroforming and produces high quali ty of mold, and it is also adapted to fabricate other micro-mechanical components. So, it is a kind of processing technique with a development prospect in the MEMS field. Key words: micro electroforming: UV-LIGA process; SU-8 photoresist; microinjection mold (上接第50页) 2003,5050:101-108 臂梁打下良好基础,而且能为RIE刻蚀硅工艺在其[4] Ledermann Nicolas, Muralt Paul, Babrowski Jacek,etll 它方面的应用提供较好的参考。 (100)-Textured, piezoelectric Pb( Zr,, Ti,-)0, thin films for MEMS: integration, deposition and properties 参考文献: [J]. Sensors and Actuators A, 2003, 105(2): 162-170. [1] Paul muralt. pzt thin films for microsensors and actuators:[5]谢晓强,戴旭涵,赵小林,等.反应离子刻蚀中的边缘效 where do we stand? [J]. IEEE Transactions on Ultrason 应及其补偿方法[.真空电子技术,2005,2:41 is, Ferroelectrics and Frequency Control,200,4):903-[6]方华斌,刘景全,徐峥谊,等.PZ厚膜拾振器微图形 化工艺研究[J].微细加工技术,2005,(4):4851 [2] Lee chengkuo, Itoh toshihiro, Suga Tadatomo Micromachined[7]张锦,冯伯儒,杜春雷,等.反应离子刻蚀工艺因素研 Piezoelectric force sensor based on PZT thin film[J].IEEE 究[J].光电工程,1997,24:46-51 Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency [8 Otto T, Wolf H, Streiter R, et al. Process and equipment Control,19%6,(4):553-559 simulation of dry Si etching in the absence of ion bombard- [3] Sodano H A, Park G, Inman DJ. Use of Piezoelectric En- ment[J]. Microelectronic Engineering, 1999, 45:377 ergy Harvesting Devices for Charging Batteries[ J].SPIE Study on Reactive lon Etching of Silicon in Fabrication Process of Piezoelectric Microcantilever DONG Lu, FANG Hua-bin', LIU Jing-quan, XU Dong, XU Zheng-yi, CAI Bing-chu' (1. Key Laboratory for Thin Film and Micro Fabrication of Ministry of Education, National Key Laboratory of Micro/ Nano Fabrication, Institute of Micro/Nanometer Science and Technology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China: 2. Shanghai Sensors Lab, Honeywell American, Shanghai 200030, China) Abstract: The process of a Si-based piezoelectric microcantilever was introduced. Especially, the technique of the reactive ion etching of silicon was studied emphatically. During etching of silicon, it was analyzed that the etching rate, uniformity and selectivity can be effectively improved by adjusting technological parameters properly, such gas flow, RF power, working pressure, etc. The results indicate that the etching rate of Si can reach 401 nm/min and uniformity on a 3 wafer is controlled at + 3. 85% when the flow of SFs is 20 mL/ min, RF power is 20 W nd the work pressure is 8. 00 Pa. The research lay a well foundation for the fabrication of piezoelectric microcantile- vers or other microstructures with functional thin film Key words数超 ectric microcantilever;rH: etching rate: uniformity: selectivity
微 细 加 工 技 术 !""# 年 !"#$% &’ ()&*+,, &- ./*)&/’0+*"/&’ .+"12 .&2$ 31,+$ &’ 456789: ;+*<’&2&=% $% &’()*+, ，-./ 0’1+2! ，&.% 31’(4*+! ，&.% 567+2! ，8% 97+2(:’+, （,; <=> &1?7@1A7@> B7@ C@=D’E’7+ 1+F /7+ G A@1F’A’7+1H I1D6’+’+2 9=D6+7H72> 7B I’+’EA@> 7B JF*D1A’7+，$1H’1+ %+’K=@E’A> 7B 9=D6+7H72>，$1H’1+ ,,#"!L，56’+1；!; <=> &1?7@1A7@> B7@ I’D@7 M /1+7 9=D6+7H72> 1+F N>EA=: 7B &’17+’+2 C@7K’+D=，$1H’1+，56’+1） :>,")1*"：O +7K=H :’D@7B1?@’D1A’7+ A=D6+7H72> 7B :’D@7’+4=DA’7+ :=A1H :7HF ’E P@=E=+A=F，Q6’D6 ’A ’E D1HH=F +7(?1DR( PH1A=(2@7QA6 :=A67F; S> A6= :=A67F，A6= +’DR=H :’D@7(=H=DA@7B7@:’+2 P1AA=@+ Q1E F’@=DAH> :1F= 7+ 1 :=A1H E*?EA@1A= ?> 1 H7Q(D7EA %T(&.UO E*@B1D= :’D@7(B1?@’D1A’7+ P@7D=EE *E’+2 A6= +=21A’K= A6’DR N%(V P67A7@=E’EA A7 B7@: A6= :’( D@7’+4=DA’7+ :7HF; 96= 1F6=E’7+ P@7P=@A> 7B A6= P67A7@=E’EA Q’A6 A6= E*?EA@1A= 1+F E7:= =BB=DA’K= :=A67FE 7B @=:7( K’+2 A6= P67A7@=E’EA Q=@= F’ED*EE=F; 96= :=A67F A1R=E 1 E67@A A’:= B7@ :’D@7(=H=DA@7B7@:’+2 1+F P@7F*D=E 6’26 )*1H’( A> 7B :7HF，1+F ’A ’E 1HE7 1F1PA=F A7 B1?@’D1A= 7A6=@ :’D@7(:=D61+’D1H D7:P7+=+AE; N7，’A ’E 1 R’+F 7B P@7D=EE’+2 A=D6+’)*= Q’A6 1 F=K=H7P:=+A P@7EP=DA ’+ A6= IJIN B’=HF; ?+% @&)$,：:’D@7 =H=DA@7B7@:’+2；%T(&.UO P@7D=EE；N%(V P67A7@=E’EA； &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& :’D@7’+4=DA’7+ :7HF （上接第 W" 页） 臂梁打下良好基础，而且能为 X.J 刻蚀硅工艺在其 它方面的应用提供较好的参考。 参考文献： ［,］ C1*H I*@1HA; CZ9 A6’+ B’H:E B7@ :’D@7E=+E7@E 1+F 1DA*1A7@E： Q6=@= F7 Q= EA1+F？［0］; .JJJ 9@1+E1DA’7+E 7+ %HA@1E7+( ’DE，[=@@7=H=DA@’DE 1+F [@=)*=+D> 57+A@7H，!"""（，L）：\"] G \,W; ［!］&== 56=+2R*7，.A76 97E6’6’@7，N*21 91F1A7:7; I’D@7:1D6’+=F C’=^7=H=DA@’D B7@D= E=+E7@ ?1E=F 7+ CZ9 A6’+ B’H:［0］; .JJJ 9@1+E1DA’7+E 7+ %HA@1E7+’DE，[=@@7=H=DA@’DE 1+F [@=)*=+D> 57+A@7H，,\\#（，L）：WW] GWW\; ［]］ N7F1+7 3 O，C1@R U，.+:1+ $ 0; %E= 7B C’=^7=H=DA@’D J+( =@2> 31@K=EA’+2 $=K’D=E B7@ 561@2’+2 S1AA=@’=［E 0］_ NC.J， !""]，W"W"：,", G ,"V; ［L］ &=F=@:1++ /’D7H1E，I*@1HA C1*H，S1?@7QER’ 01D=R，=A 1H; ｛, " "｝G 9=‘A*@=F，P’=^7=H=DA@’D C?（Z@!，9’, G !）a] A6’+ B’H:E B7@ IJIN：’+A=2@1A’7+，F=P7E’A’7+ 1+F P@7P=@A’=E ［0］_ N=+E7@E 1+F ODA*1A7@E O，!""]，,"W（!）：,#! G ,b"; ［W］ 谢晓强，戴旭涵，赵小林，等; 反应离子刻蚀中的边缘效 应及其补偿方法［0］; 真空电子技术，!""W，!：L, G LL; ［#］ 方华斌，刘景全，徐峥谊，等 ; CZ9 厚膜拾振器微图形 化工艺研究［0］; 微细加工技术，!""W，（L）：LV G W,; ［b］ 张锦，冯伯儒，杜春雷，等 ; 反应离子刻蚀工艺因素研 究［0］; 光电工程，,\\b，!L：L# G W,; ［V］ aAA7 9，c7HB 3，NA@=’A=@ X，=A 1H; C@7D=EE 1+F =)*’P:=+A E’:*H1A’7+ 7B F@> N’ =AD6’+2 ’+ A6= 1?E=+D= 7B ’7+ ?7:?1@F( :=+［A 0］_ I’D@7=H=DA@7+’D J+2’+==@’+2，,\\\，LW：]bb G ]\,; !"#$% &’ A+1*"/B+ 8&’ C"*</’= &- !/2/*&’ /’ D1>)/*1"/&’ ()&*+,, &- (/+E&+2+*")/* ./*)&*1’"/2+B+) $a/U &*, ，[O/U 3*1(?’+, ，&.% 0’+2()*1+, ，d% $7+2 , ，d% Z6=+2(>’ ! ，5O. S’+2(D6*, （,; <=> &1?7@1A7@> B7@ 96’+ [’H: 1+F I’D@7 [1?@’D1A’7+ 7B I’+’EA@> 7B JF*D1A’7+，/1A’7+1H <=> &1?7@1A7@> 7B I’D@7 M /1+7 [1?@’D1A’7+，.+EA’A*A= 7B I’D@7 M /1+7:=A=@ ND’=+D= 1+F 9=D6+7H72>，N61+261’ 0’17A7+2 %+’K=@E’A>，N61+261’ !"""]"，56’+1；!; N61+261’ N=+E7@E &1?，37+=>Q=HH O:=@’D1+，N61+261’ !"""]"，56’+1） :>,")1*"：96= P@7D=EE 7B 1 N’(?1E=F P’=^7=H=DA@’D :’D@7D1+A’H=K=@ Q1E ’+A@7F*D=F; JEP=D’1HH>，A6= A=D6+’)*= 7B A6= @=1DA’K= ’7+ =AD6’+2 7B E’H’D7+ Q1E EA*F’=F =:P61A’D1HH>; $*@’+2 =AD6’+2 7B E’H’D7+，’A Q1E 1+1H>^=F A61A A6= =AD6’+2 @1A=，*+’B7@:’A> 1+F E=H=DA’K’A> D1+ ?= =BB=DA’K=H> ’:P@7K=F ?> 1F4*EA’+2 A=D6+7H72’D1H P1@1:=A=@E P@7P=@H>，E*D6 1E 21E BH7Q，X[ P7Q=@，Q7@R’+2 P@=EE*@=，=AD; 96= @=E*HAE ’+F’D1A= A61A A6= =AD6’+2 @1A= 7B N’ D1+ @=1D6 L", +: M :’+ 1+F A6= +7+(*+’B7@:’A> 7+ 1 ]e Q1B=@ ’E D7+A@7HH=F 1A f ]; VWg Q6=+ A6= BH7Q 7B N[# ’E !" :& M :’+，X[ P7Q=@ ’E !" c 1+F A6= Q7@R P@=EE*@= ’E V; "" C1; 96= @=E=1@D6 H1> 1 Q=HH B7*+F1A’7+ B7@ A6= B1?@’D1A’7+ 7B P’=^7=H=DA@’D :’D@7D1+A’H=( K=@E 7@ 7A6=@ :’D@7EA@*DA*@=E Q’A6 B*+DA’7+1H A6’+ B’H:; ?+% @&)$,：P’=^7=H=DA@’D :’D@7D1+A’H=K=@；X.J；=AD6’+2 @1A=；*+’B7@:’A>；E=H=DA’K’A> WL 万方数据
基于UⅣ-LGA技术的微注塑金属模具的工艺研究 旧数据 TA文献链接 杜立群,秦江,刘海军,刘冲,于同敏,DULi-qun, QIN Jiang, LIU Hai-jun, LIU Chong, YU Tong-min 作者单位: 杜立群,于同敏,DULi-qun, YU Tong-min(大连理工大学,精密与特种加工教育部重点实验室 大连,16024),秦江,刘海军,刘冲, QIN Jiang, LIU Hai-jun, LIU Chong(大连理工大学,辽 宁省微纳米技术及系统重点实验室,大连,116024) 微细加工技相sT 英文刊名 MICROFABRICATION TECHNOLOGY 年,卷(期) 引用次数: 1. Qu Wenmin Wenzel Christian. Gerlach Gerald Fabrication of a 3D differential-capacitive accelerati sensor by UV-LIGA 1999 2. Bacher W Bade K Matthis B Fabrication of LIGA mold inserts 1998 3. Johansen L S. Ginnerup M Ravnkilde j T electroforming of 3D microstructures on highly structured 4. Chan-Park Mary B Zhang Jun Yan Yehai Fabrication of large SU-8 mold with high aspect ratio microchannels by Uv exposure dose reduction 2004 5. Chang Hyun-Kee kim Yong-Kweon UV-LIGA process for high aspect ratio structure using stress barrier 6. Dentinger Paul M Clift W Miles. Goods Steven H Removal of su-8 photoresist for thick film 7.张立国.陈迪.杨帆.李以贵SU-8胶光刻工艺研究[期刊论文]光学精密工程2002(3) 1.学位论文肖日松微电铸工艺参数对模具质量影响研究2006 的优点在微流控芯片的制作中得到广泛的应用,其中模具的质量直接影响着微流控芯片的质量与应用前景。模具的制作主要采用W-LIGA工艺其中微电铸 工艺作为W-LGA工艺中的关键步骤,极大地影响着模具的各项精度指标,故开展微电铸工艺参数对模具质量影响的研究具有极其深远的意义。本文首先介 绍了微电铸的工艺特点、应用领域以及国内外的发展现状,同时结合微电铸的基本理论通过实验得到模具制作的微电铸工艺参数;其后通过对硅模具、背 板生长和无背板生长三种模具制作工艺路线的比较,确立无背板生长工艺为模具的制作工艺,并分析了存在于该工艺路线中的析氢现象,提出改善措施,解 决了模具中存在的针孔以及麻点等缺陷。由于模具形状的精度直接影响复制后微流控芯片的沟道形状,故文中开展了对模具宽度和高度的研究。首先研究 光刻胶模的溶胀性规律,并采取相应的补偿措施保证了模具的宽度精度。其次针对模具高度的不均匀性,分析其产生原因,并提出了相应的解决措施解决 了模具存在的高度不均匀性现象 2.学位论文刘文涛基于V-LIGA和ED的三维微型腔制作工艺研究2008 微流控芯片是当前生命科学、化学等领域的研究热点,热压成形法或注塑法在高聚合物微流控芯片的制作中应用广泛,其中模具微型腔的结构直接 影响着微流控芯片上微流道的结构。微型腔的制作主要采用UV-LIGA工艺,它适于制作侧壁近似垂直的二维结构,而不适于制作三维结构,开展三维结构 微型腔的制作工艺研究对高聚合物微流控芯片的发展应用是具有意义的。为了制作局部是三维微结构的微流控芯片模具微型腔,本文提出了一种基于 LIGA和电火花(ED技术的组合加工新工艺,即先用UV-LGA技术在模具基底上制作二维金属微型腔,再用电火花成形加工技术对微型腔的局部进行修 得到局部为三维结构的微型腔,电火花修形的部位根据模具的设计要求而定 (1)介绍了WN-LIGA和电火花技术在模具微型腔制作中的研究现状 然后基于无背板生长工艺,主要包括金属基底的SL-8胶光刻和微电铸工艺,制作出了具有二维结构微型腔的微流控芯片模具,并且分析了工艺中经常遇 到的问题并且采取了相应的改善措施 (2)介绍了电火花成形加工的基础理论,包括放电加工中材料去除机理模型、放电加工状态、电极损耗的机 理及其影响因素、微小面积电火花加工的特征分析。以理论为指导,在常规的电火花加工机床上,进行了三维结构微型腔的成形加工实验研究。首先采 用具有多个倾斜加工面的工具电极,以重复修形的加工方式,制作出了侧壁倾斜的微型腔。然后采用具有半园微结构的工具电极,进行了曲面结构微型 腔加工的初步实验研究。③3)从理论分析和实验两个方面研究了影响表面粗糙度的脉冲参数和工艺因素,并且对微型腔倾斜侧壁的表面粗糙度进行 了测量,测量得Ra平均为0.4ua 3.期刊论文杜立群.朱神渺.刘冲.DLi-qun. ZHU Shen-miao. Liu Chong UV-LIGA工艺中SU-8光刻胶的热溶胀性研 究-压电与声光2008,30(5) 效应及其机理进行了研究,在现有微模具的V-LIGA工艺的基础上,利用AYS对SU-8胶的热溶胀性规律进行了仿真分析通过SU-8胶 模的溶胀实验,建立了热溶胀变形的速率模型,并计算了不同电铸时间下微模具的顶部线宽,计算结果与实验值基本吻合仿真结果可用来优化掩模图形的 设计及预测电铸后微模具的尺寸 论文松的电化检割电乙成无细管电达片作改所究 2006 1)对电化学检测的集成毛细管电泳芯片
基于UV-LIGA技术的微注塑金属模具的工艺研究 作者： 杜立群， 秦江， 刘海军， 刘冲， 于同敏， DU Li-qun， QIN Jiang， LIU Hai-jun， LIU Chong， YU Tong-min 作者单位： 杜立群,于同敏,DU Li-qun,YU Tong-min(大连理工大学,精密与特种加工教育部重点实验室 ,大连,116024)， 秦江,刘海军,刘冲,QIN Jiang,LIU Hai-jun,LIU Chong(大连理工大学,辽 宁省微纳米技术及系统重点实验室,大连,116024) 刊名： 微细加工技术 英文刊名： MICROFABRICATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2006，(5) 引用次数： 1次 参考文献(7条) 1.Qu Wenmin.Wenzel Christian.Gerlach Gerald Fabrication of a 3D differential-capacitive acceleration sensor by UV-LIGA 1999 2.Bacher W.Bade K.Matthis B Fabrication of LIGA mold inserts 1998 3.Johansen L S.Ginnerup M.Ravnkilde J T Electroforming of 3D microstructures on highly structured surfaces 2000 4.Chan-Park Mary B.Zhang Jun.Yan Yehai Fabrication of large SU-8 mold with high aspect ratio microchannels by UV exposure dose reduction 2004 5.Chang Hyun-Kee.Kim Yong-Kweon UV-LIGA process for high aspect ratio structure using stress barrier and C-shaped etch hole 2000 6.Dentinger Paul M.Clift W Miles.Goods Steven H Removal of SU-8 photoresist for thick film applications 2002 7.张立国.陈迪.杨帆.李以贵 SU-8胶光刻工艺研究[期刊论文]-光学精密工程 2002(3) 相似文献(6条) 1.学位论文 肖日松 微电铸工艺参数对模具质量影响研究 2006 随着MEMS技术的飞速发展,微流控芯片已成为当前生命科学、化学以及微机械等领域的研究热点,利用热压成型法制作高聚合物微流控芯片,因其特有 的优点在微流控芯片的制作中得到广泛的应用,其中模具的质量直接影响着微流控芯片的质量与应用前景。模具的制作主要采用UV-LIGA工艺,其中微电铸 工艺作为UV-LIGA工艺中的关键步骤,极大地影响着模具的各项精度指标,故开展微电铸工艺参数对模具质量影响的研究具有极其深远的意义。本文首先介 绍了微电铸的工艺特点、应用领域以及国内外的发展现状,同时结合微电铸的基本理论,通过实验得到模具制作的微电铸工艺参数;其后通过对硅模具、背 板生长和无背板生长三种模具制作工艺路线的比较,确立无背板生长工艺为模具的制作工艺,并分析了存在于该工艺路线中的析氢现象,提出改善措施,解 决了模具中存在的针孔以及麻点等缺陷。由于模具形状的精度直接影响复制后微流控芯片的沟道形状,故文中开展了对模具宽度和高度的研究。首先研究 光刻胶模的溶胀性规律,并采取相应的补偿措施保证了模具的宽度精度。其次针对模具高度的不均匀性,分析其产生原因,并提出了相应的解决措施,解决 了模具存在的高度不均匀性现象。 2.学位论文 刘文涛 基于UV-LIGA和EDM的三维微型腔制作工艺研究 2008 微流控芯片是当前生命科学、化学等领域的研究热点，热压成形法或注塑法在高聚合物微流控芯片的制作中应用广泛，其中模具微型腔的结构直接 影响着微流控芯片上微流道的结构。微型腔的制作主要采用UV-LIGA工艺，它适于制作侧壁近似垂直的二维结构，而不适于制作三维结构，开展三维结构 微型腔的制作工艺研究对高聚合物微流控芯片的发展应用是具有意义的。为了制作局部是三维微结构的微流控芯片模具微型腔，本文提出了一种基于UVLIGA和电火花(EDM)技术的组合加工新工艺。即先用UV-LIGA技术在模具基底上制作二维金属微型腔，再用电火花成形加工技术对微型腔的局部进行修形 ，得到局部为三维结构的微型腔，电火花修形的部位根据模具的设计要求而定。 ⑴介绍了UV-LIGA和电火花技术在模具微型腔制作中的研究现状。 然后基于无背板生长工艺，主要包括金属基底的SU-8胶光刻和微电铸工艺，制作出了具有二维结构微型腔的微流控芯片模具，并且分析了工艺中经常遇 到的问题并且采取了相应的改善措施。 ⑵介绍了电火花成形加工的基础理论，包括放电加工中材料去除机理模型、放电加工状态、电极损耗的机 理及其影响因素、微小面积电火花加工的特征分析。以理论为指导，在常规的电火花加工机床上，进行了三维结构微型腔的成形加工实验研究。首先采 用具有多个倾斜加工面的工具电极，以重复修形的加工方式，制作出了侧壁倾斜的微型腔。然后采用具有半圆微结构的工具电极，进行了曲面结构微型 腔加工的初步实验研究。 ⑶从理论分析和实验两个方面研究了影响表面粗糙度的脉冲参数和工艺因素，并且对微型腔倾斜侧壁的表面粗糙度进行 了测量，测量得Ra平均为0.4μm。 3.期刊论文 杜立群.朱神渺.刘冲.DU Li-qun.ZHU Shen-miao.LIU Chong UV-LIGA工艺中SU-8光刻胶的热溶胀性研 究 -压电与声光2008,30(5) 对SU-8胶的热溶胀效应及其机理进行了研究,在现有微模具的UV-LIGA工艺的基础上,利用ANSYS对SU-8胶的热溶胀性规律进行了仿真分析.通过SU-8胶 模的溶胀实验,建立了热溶胀变形的速率模型,并计算了不同电铸时间下微模具的顶部线宽,计算结果与实验值基本吻合.仿真结果可用来优化掩模图形的 设计及预测电铸后微模具的尺寸. 4.学位论文 朱学林 电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究 2006 本文对电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺进行了研究。主要的工作包括以下几个部分： 1)对电化学检测的集成毛细管电泳芯片