光刻与化学机械抛光技术原位集成制备SU-8微透镜阵列

垂直腔面发射激光器通常与微光学元件组合使用,以改善激光束的聚焦或准直效果。研究了一种光刻和化学机械抛光技术相结合的新工艺方法,用于原位制备SU-8微透镜阵列。通过调控光刻参数,可以精确控制微透镜的直径与高度。实验制备了不同尺寸的SU-8微透镜阵列,它们具有光滑的表面,分辨率可达12.7 lp/mm,展示出良好的光学特性与高稳定性。这是一种低成本和高良率的微透镜制备方法,适用于在已成型的垂直腔面发射激光器表面原位集成制备高精度定位的微透镜,无需额外的光学对准、转移和键合步骤。

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 。

具有三层结构的SU-8胶V形微电热驱动器

为解决SU-8胶微电热驱动器在工作过程中存在平面外运动的问题,提出了一种具有铜-SU-8胶-铜三层对称结构的新型SU-8胶V形微电热驱动器。采用刚度矩阵方法建立了包含被驱动结构刚度的微电热驱动器力学模型,并针对一种柔性微夹钳,利用该模型对微电热驱动器进行了几何参数设计。利用Ansys仿真软件对所设计微驱动器进行了分析,仿真结果验证了所建模型的合理性。提出了一种新的MEMS加工工艺来制作三层结构微电热驱动器,并测试了它的性能。结果表明,实验结果与仿真结果相差不大,在150mV驱动电压下,所设计微驱动器温度仅升高约32.93°C,并对微夹钳产生约2.5μm的输入位移,使微夹钳产生126μm的钳口距离改变量。微驱动器仅消耗大约30.35mW的功率,钳口的平面外运动小于500nm。最后,利用微电热驱动器驱动的微夹钳成功地对一个长1.2mm,宽135μm,厚50μm的SU-8胶材料微型零件进行了微操作实验,实验证明了微驱动器实际性能基本满足设计要求。

基于MEMS技术的SU-8仿昆虫微扑翼飞行器设计及制作

为研制一种轻质仿昆虫微扑翼飞行器,提出了采用微机电系统(MEMS)领域的SU-8光刻胶作为结构材料的制作方案.基于仿生学原理和微机电系统加工技术,设计微扑翼飞行器结构及MEMS工艺方法.研究结果表明,该种结构设计及制作方案满足设计要求,为仿昆虫微扑翼飞行器的研制提供了一种很好的途径.

SU-8胶紫外光刻的尺寸精度研究

研究了衍射效应对SU-8胶紫外光刻尺寸精度的影响。根据菲涅耳衍射理论建立了紫外曝光改进模型,预测微结构的尺寸,分析了光刻参数变化对尺寸的影响。为了更好地与数值模拟结果进行比较,以硅为基底,进行了SU-8胶紫外光刻的实验研究。实验分四组,实验中掩模的特征宽度分别取50μm、100μm、200μm和400μm,SU-8胶表面的曝光剂量取400 mJ/cm2。用扫描电镜测量了微结构的顶部线宽、底部线宽和SU-8胶的厚度,用MATLAB软件对紫外曝光过程中SU-8胶层内曝光剂量的分布情况进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果基本吻合。数值模拟结果为进一步的实验研究提供了光刻参数的参考值。

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。

超声处理对UV-LIGA工艺中SU-8胶溶胀的影响

首次将超声处理引入UV-LIGA工艺中,研究了超声处理对SU-8胶模溶胀的影响,并探讨了其影响机理,从而获得了减小胶模溶胀及提高电铸微器件尺寸精度的方法。试验研究了超声处理对显影过程及电铸过程中SU-8胶模溶胀的影响,分析了不同超声时间下SU-8胶表面亲水性的变化趋势,并计算了不同超声时间下胶模的溶胀去除率。讨论了超声处理对不同结构微器件尺寸精度的影响。试验结果表明:SU-8胶模在显影过程中的溶胀不明显,并且超声处理对显影过程中胶模的溶胀影响很小,其主要影响SU-8胶模在电铸过程中的溶胀。随着超声时间的增加,胶模溶胀及其表面亲水性均呈现先减小后增大的趋势。当超声时间为10min时,胶模溶胀最小,其溶胀去除率α值可高达70%,并且超声处理后电铸微器件的尺寸误差与结构尺寸无关。根据超声波的机械断键作用与聚合物吸水机理,从亲水性和内应力两个方面,探究了SU-8胶模溶胀随超声时间的增加而变化的原因。文中提出的减小SU-8胶溶胀的方法不依赖于工艺参数也不会增加掩模图形设计的复杂性,是一种实用的减小SU-8胶溶胀的新方法。

SU-8紫外深度光刻的误差及修正(英文)

在深紫外LIGA加工中,制作高精度大高宽比的微器件是很困难的。难点在于SU-8光刻胶对紫外光的吸收系数随着波长变短而很快变大,而且其穿透深度也相应迅速变小;同时由于紫外光的衍射效应,获得高精度的大高宽比结构并不容易。本文深入研究了影响紫外深度光刻图形转移精度的如下因素:衍射效应、曝光剂量、紫外光波长和蝇眼透镜的分布等等。建立了基于模型区域的校正系统,该校正系统采用了分类分区域的思想将掩模图形按其畸变的特点进行了分类,在校正过程中对不同的类别分别建立校正区域,在每一校正区域内进行校正优化处理和校正评价,这种基于模型的分类分区域评价思想,使得校正过程有效且实时,该校正方法不仅降低了校正的复杂性,同时提高了校正的效率。

后烘温度对SU-8光刻胶热溶胀性及内应力的影响

SU-8光刻胶层内应力会使胶体结构开裂变形,而其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胶的内应力和溶胀性还严重地影响所制作图形的深宽比和尺寸精确性。本文研究了不同后烘温度下SU-8胶在电铸液中的热溶胀性及胶层的内应力,在其他工艺参数相同的情况下,测量了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 min;其后,溶胀速率逐渐减缓而趋于稳定。在对SU-8胶后烘后,利用基片曲率法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。

基于SU-8厚胶光刻工艺的微电铸铸层尺寸精度控制新方法

以SU-8胶为微电铸母模制作镍模具时,胶模的热溶胀性使胶模变形,导致铸层线宽缩小,这是影响微电铸铸层尺寸精度的主要因素。针对密集蛇形沟道图形的镍模具微电铸工艺,以200.0μm厚SU-8胶为胶模,研究微电铸铸层尺寸精度的控制方法,提出基于SU-8厚胶光刻工艺的微电铸铸层尺寸精度控制新方法,即在图形四周增设一条封闭等间距的隔离带,用隔离带减少影响图形区域的SU-8胶模的体积,阻止电铸时该处胶模的热溶胀对图形区域的影响,进而减小铸层尺寸变化。结果表明,采用增设隔离带方法制作的镍模具,胶模线宽变化量最大值由61μm减小到31.4μm,铸层尺寸相对误差的最大值由31.3%减小到16.7%,这种方法显著提高微电铸铸层的尺寸精度。

SU-8胶制备三维微电极结构研究

为了增大MEMS超级电容器电极结构的表面积,提高MEMS超级电容器的电荷存储能力,研究了利用SU-8胶制备高深宽比三维电极微结构。经过基片清洗、涂胶、前烘、曝光、后烘、显影、坚膜等过程,制备了深宽比为6的微结构。分析讨论了微结构制备过程中基底洁净度和升降温速度及曝光、显影时间等因素对结构制备的影响。实验结果表明,用SU-8胶制备高深宽三维电极微结构,能在相同底面积的基础上有效增加电极结构的表面积,提高单位底面积的电容器储能密度。

SU-8胶深紫外光刻模拟

综合了SU-8胶光刻过程中衍射、反射、折射、吸收率随光刻胶深度的变化及交联显影等各种效应,考虑了折射及吸收系数随时间的变化,建立了SU-8化学放大胶的光刻模型.模拟结果显示,该模型比现有的模拟方法结果更精确,与实验结果符合较好,可以在实际应用中对SU-8光刻胶的二维模拟结果进行有效预测.

聚合物SU-8光刻胶超声时效实验研究

利用超声时效技术减小聚合物SU-8光刻胶的内应力,讨论了其机理.以基片曲率法为基础,建立了轮廓法测量SU-8胶层内应力的计算模型.实验研究了超声时效技术在减小聚合物SU-8胶层内应力方面的作用.对比分析了超声时效实验前、后SU-8胶层的内应力值.实验结果显示,在超声时效10min时,聚合物SU-8胶内应力减小2MPa,消除率约为23.17%.这表明,在合适的实验参数下利用超声时效技术可以有效减小聚合物SU-8胶内应力.

基于SU-8的微透镜阵列的设计和制作

以SU-8作为结构材料,采用紫外光刻工艺,尤其以斜曝光工艺为主,加工出主光轴平行于衬底基片的微透镜阵列,单个微透镜的直径大约为500μm。初步确定出加工此透镜所需要的曝光剂量、前烘时间、后烘时间和显影时间,为加工其他尺寸的透镜提供参考。基于此方法加工的微透镜阵列能够对光束进行聚焦、反射、衍射、相位调制等控制,从而可最终实现光开关、衰减、扫描和成像等功能,为其他微型光学器件,如分光镜和反射镜等的系统集成提供极大的便利。同时,此微透镜阵列也会被集成在微流细胞仪中用来对流式细胞仪中样本流做荧光检测,极大地提高了检测的精度。

基于斜光刻技术的SU-8胶三维微阵列结构制备

利用斜光刻技术替代传统的直光刻技术在相同底面积的基础上增大微阵列比表面积制备了高比表面积三维微阵列结构,。首先,利用MATLAB仿真对微阵列排布方式进行分析,确定最佳单个柱体宽度及阵列间距。实验中,采用两次甩胶法将SU-8光刻胶均匀旋涂在2寸硅基底上,甩胶转速设为1500 r/min,旋涂时间设为35 s;分别置于65℃烘台上保持20 min和95℃烘台上保持70 min进行两次前烘处理;随后进行双向斜曝光,微柱宽度为20μm,阵列间距为30μm,光刻角度为20°。最后,再通过高低温后烘处理并显影30 min成功制备出了结构稳定的"X"型三维微阵列结构。

微机电系统中SU-8厚光刻胶的内应力研究

在对基片曲率法常用的Stoney公式进行必要修正的基础上,提出了适合计算SU-8胶层内应力的理论模型,并采用轮廓法直观地测量了内应力引起的基底曲率的变化。通过ANSYS仿真揭示了基片直径,胶层厚度及后烘温度三者对基片曲率的影响。仿真结果表明:后烘温度是影响胶层内应力的主要因素。实验测量了后烘温度分别为55℃、70℃和85℃三种条件下的SU-8胶层的内应力。结果表明:降低后烘温度能有效地减小SU-8胶层的内应力,实验测量值与仿真计算值基本吻合。内应力的测量为SU-8胶层内应力的定量研究奠定了基础。

UV-LIGA工艺中SU-8光刻胶的热溶胀性研究

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AN-SYS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。

降低SU-8光刻胶侧壁粗糙度的研究

SU-8负性光刻胶可通过UV-LIGA技术得到高深宽比微结构,是微机械系统(MEMS)制造中极具前景的一种技术。目前已有对于SU-8微结构的线宽变化,侧壁倾角,表面粗糙度,增加深宽比等方面的大量研究,但是鲜有对于SU-8微结构侧壁粗糙度的研究。该文从造成微结构侧壁粗糙度的原因入手,讨论了各个工艺参数对侧壁粗糙度的影响,并且通过优化工艺参数达到了降低SU-8微结构侧壁粗糙度的目的。

应用SU-8粘合技术的微型压力、温度和湿度集成传感器(英文)

压力、温度和湿度集成传感器具有体积小、成本低和可批量生产等优点,在环境监测和工业控制等领域应用广泛。基于微机电系统(MEMS)技术,本文设计和制作了一种尺寸为5.5mm×3.5mm×0.8mm的高精度压力、温度和湿度集成传感器。该集成传感器由SU-8真空粘合技术制作的铂压阻压力传感器,铂电阻温度传感器和电容式湿度传感器组成。介绍了该集成传感器的设计思想、结构和制备过程,给出了实验和测试方法。结果表明,压力传感器的精度优于0.05%;温度传感器的精度为0.3%;湿度集成传感器的量程为25%RH～95%RH,其性能曲线的线性相关系数为0.998。集成传感器中的这3种传感器的高精度表明该集成传感器的制作工艺具有良好的工艺兼容性。