第2期 微细加工技术 w.2 2002年6月 MICROFABRICATION TECHNOLOGY Jun.,2002 文章编号:003-8213(2002)02002805 SU-8胶与基底结合特性的实验研究 刘景全、朱军,蔡炳初陈迪,丁桂甫,赵小林,杨春生 (上海交通大学微纳米科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海200030) 摘要: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 的MEMS微结构。为电铸出金属微结构,通常需要采用金属基底。但SUJ-8胶 对金属基底的结合力通常不妤,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紫外光的折射特性入手,对SUJ-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T片与SU-8胶结合性强。这有利于 MEMs提供低成本、高深宽比的金属微结构。 关键词:;SU-8胶;高深宽比; UV- LIGA;结合性;微机电系统 中图分类号:TP271:4 文献标识码:A 1引言 思想的高深宽比微加工方法先后被提出并得 到重视。有一种观点甚至认为,高深宽比微 高深宽比的微结构有着许多重要的用结构加工的重大商业机会首先出现在低成本 途。目前比较成功的技术是LIGA。该技术的准LGA加工领域。目前最具实用价值的 的优点是能够制造三维微结构器件,获得的是基于SU-8胶的 UV-LIGA技术,它使用 微结构具有较大的深宽比和精细的结构,侧SU-8光刻胶,在通用的紫外曝光机上曝 壁陡峭、表面平整,微结构的厚度可达几百至光,并采用通用的掩模版,套刻方便,且易于 上千微米。它扩展了微机械加工的材料,用C集成。但其加工质量和深宽比不如LIGA LIGA技术可以加工有机高分子材料、多种技术。UV-LIGA在一定深宽比范围内,因 金属和陶瓷,并且可以利用微复制工艺进行其低成本,所以比LIGA具有更明显的优势。 微器件的大批量生产。 SU-8还处于加工工艺优化和应用领域开 但LGA需要昂贵的同步辐射光源和特发阶段。 制的掩模板。多种基于LIGA技术同样设计 SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近 收稿日期:2001-10-22 作者简介:刘景全(1971-),男,吉林省长春市人,博士后,主要研究微机电系统(MMS);朱车(1967-) 女,江苏省南通市人,副教授,主要从事微细加工技术的研究;禁炳初(1938-),男,上海市人,教授,博上生导 师,主要研究微机电系统。 万方数据
第2期 2002年6月 微细加工技术 MICROF如RICp汀l()N TECHNoLOGY N。2 Jun．．2002 文章编号：1003—8213(2002)02．0028—05 SU一8胶与基底结合特性的实验研究 刘景全。朱军，蔡炳初，陈迪，丁桂甫，赵小林，杨春生 (上海交通大学微纳米科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海200030) 摘要：SU一8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。为电铸出金属微结构，通常需要采用金属基底。但SU一8胶 对金属基底的结台力通常不好，因而限制了其深宽比的提高。从SU一8胶与基底的 浸润性、基底表面粗糙度以及基底对近紫外光的折射特性入手，对SU一8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一8胶有很好的 结合性。经实验得出经过氧化处理的Ti片与SU一8胶结合性强。这有利于为 MEMS提供低成本、高深宽比的金属微结构。 关键词：SU一8胶；高深宽比；UV-LIGA；结合性；微机电系统 中图分类号：TP271+·4 文献标识码：A 1引言 高深宽比的微结构有着许多重要的用 途。目前比较成功的技术是I，IGA。该技术 的优点是能够制造三维微结构器件，获得的 微结构具有较大的深宽比和精细的结构，侧 壁陡峭、表面平整，微结构的厚度可达几百至 上千微米。它扩展了微机械加工的材料，用 LIGA技术可以加工有机高分子材料、多种 金属和陶瓷，并且可以利用微复制工艺进行 微器件的大批量生产。 但LIGA需要昂贵的同步辐射光源和特 制的掩模板。多种基于I。IGA技术同样设计 思想的高深宽比微加工方法先后被提出并得 到重视。有一种观点甚至认为，高深宽比微 结构加工的重大商业机会首先出现在低成本 的准LIGA加工领域。目前最具实用价值的 是基于su一8胶的uv—LIGA技术，它使用 SU一8光刻胶，在通用的紫外曝光机上曝 光，并采用通用的掩模版，套刻方便，且易于 Ic集成。但其加工质量和深宽比不如LIGA 技术。Uv—l。IGA在一定深宽比范围内．因 其低成本，所以比LIGA具有更明显的优势。 SU一8还处于加工工艺优化和应用领域开 发阶段。 su一8胶是一种负性、环氧树脂型、近 收稿日期：200I．10—22 作者简介：刘景全(197I )，男．吉林省长春市人，博士后，主要研究微机电系统(MEMS)；朱军(1967一)， 女．江苏省南通市人，副教授，主要从事微细加工技术的研究；蔡炳初(1938一)，男，上海市人，教授，博上生导 师，土要研究微机电系统。 万方数据
第2期 刘景全等:SU-8胶与基底结合特性的实验研究 紫外线光刻胶。它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 致,可得到具有垂直侧壁外形和高深宽比 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,SU-8正被逐渐应用于MEMs 芯片封装和微加工等领域 SU-8胶是由多功能团、多分支有机环 图1光刻胶图形 氧胶溶于有机液中,并加入光催化剂而成的。 在实验中我们发现SU-8胶与硅基底 由于其典型结构中含有八个环氧团,囚此称的结合力大,有利于形成高深宽比的光刻胶 为SU-8。SU-8中含有少量光催化剂微结构。硅是半导体,利用硅基底电铸效果 (PAG)。当曝光时,光子被吸收光催化剂产不好,且与金属结合性不好;而SU-8胶与 生光化学反应,生成强酸。该强酸将在后烘金属基底的结合性很差,这不利于用金属基 (PEB)时作为催化剂使SU-8在含有强酸底电铸出金属微结构。因此有必要寻找一些 的区域和PEB阶段7-10产生热交联 与SU-8胶结合性好的导电基底。本文分 SU-8胶的环氧基与金属基底形成共别以S、金属膜Cu、C和T为基底,考察SU 价键能力要强于SU-8胶与硅的成键能力, 8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以 理论上SU-8胶对金属基底的结合要好。及基底对近紫外光的折射特性,找出影响 实际应用中,SU-8胶对金属基底的结合不SU-8胶与基底结合性的主要参数。 好限制了其深宽比的提高。本文从SU-82.1SU-8胶与基底的浸润性实验 胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以及基 首先进行SU-8胶与基底的浸润性实 底对近紫外光的折射特性对S-8胶与基验。为便于分析SU-8胶与不同基底的浸 底的结合力进行分析。首次指出在近紫外光润性,通过接触角来评价基底与SU-8胶的 的折射率高的基底与SU-8胶有很好的结浸润程度。实验目的在于定性比较出不用基 合性。这有利于为MEMS提供低成本、高深底的接触角大小的顺序。 宽比的金属微结构。 将一滴SU-8胶置于固体表面上,其平 衡形状取决于固体表面能、SU-8胶表面能 2试验 以及固体和SU-8胶界面能之问的平衡关 系。达到平衡时总界面能最小。此时,SU- 图1为在金属基底上经SU-8胶光刻8胶与固相表面的接触界面处形成相对的面 后的图形。图中大的圆柱因与基底的结合面间角,称之为接触角。接触角越小其浸润性 积大,能够保持垂直;而小圆柱因与基底的接越强。为便于比较接触角大小,我们采用如 触面积小,结合力差,不足以支撑图形而坍下方法: 塌。图屮小圆柱的侧壁光滑,如果能提高其 设在不同的基底上滴相同体积v的SU 结合力,使其保持垂直,其深宽比将大大提8胶,当达到界面平衡时,通过测量SU-8 高,有利于提高其加工能力。 胶与基底接触面上直径D的大小,来比较接 触角θ。在重力可略去的情况下,液滴的形 万方数据
第2期 刘景全等：SU一8胶与基底结台特性的实验研究 29 紫外线光刻胶。它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外形和高深宽比 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一8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，SU一8正被逐渐应用于MEMS、 芯片封装和微加工等领域L’…。 SU一8胶是由多功能团、多分支有机环 氧胶溶于有机液中，并加入光催化剂而成的。 由于其典型结构中含有八个环氧团，因此称 为SU一8。Su一8中台有少量光催化剂 (PAG)。当曝光时，光子被吸收，光催化剂产 生光化学反应，生成强酸。该强酸将在后烘 (PEB)时作为催化剂，使Su一8在含有强酸 的区域和PEB阶段旷”J产生热交联。 SU一8胶的环氧基与金属基底形成共 价键能力要强于SU一8胶与硅的成键能力， 理论上SU一8胶对金属基底的结合要好。 实际应用中，Su一8胶对金属基底的结合不 好，限制了其深宽比的提高。本文从SU一8 胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以及基 底对近紫外光的折射特性对SIT一8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一8胶有很好的结 合性。这有利于为MEMS提供低成本、高深 宽比的金属微结构。 2试验 图1为在金属基底上经SU一8胶光刻 后的图形。图中大的圆柱因与基底的结合面 积大，能够保持垂直；而小圆柱因与基底的接 触面积小，结合力差，不足以支撑图形而坍 塌。图中小圆柱的侧壁光滑，如果能提高其 结合力，使其保持垂直，其深宽比将大大提 高，有利于提高其加工能力。 图1光刻腔图形 在实验中我们发现su一8胶与硅基底 的结合力大，有利于形成高深宽比的光刻胶 微结构。硅是半导体，利用硅基底电铸效果 不好，且与金属结合性不好；而SU一8胶与 金属基底的结合性很差，这不利于用金属基 底电铸出金属微结构。因此有必要寻找一些 与SU一8胶结合性好的导电基底。本文分 别以Si、金属膜Cu、Cr和Ti为基底，考察SU 一8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度以 及基底对近紫外光的折射特性，找出影响 SU一8胶与基底结合性的主要参数。 2．1 SU一8胶与基底的浸润性实验 首先进行su一8胶与基底的稷润性实 验。为便于分析SU一8胶与不同基底的浸 润性，通过接触角来评价基底与SU一8胶的 浸润程度。实验目的在于定性比较出不用基 底的接触角大小的顺序。 将一滴SU一8胶置于固体表面上，其平 衡形状取决于固体表面能、SU一8胶表面能 以及固体和SU一8胶界面能之间的平衡关 系。达到平衡时总界面能最小。此时，SU一 8胶与固相表面的接触界面处形成相对的面 间角，称之为接触角。接触角越小其漫润性 越强。为便于比较接触角大小，我们采用如 下方法： 设在不同的基底L滴相同体积v的SU 一8胶，当达到界面平衡时，通过测量SU一8 胶与基底接触面上直径D的大小，来比较接 触角0。在重力可略去的情况下，液滴的形 万方数据
微细加工技术 2002年 状接近于球冠(如图2所示),则接触角θ和Cu、Cr以及Ti的表面粗糙度,经多次测量取 直径D有如下关系: 均值。测得的粗糙度Ra值如图4所示。 V=xD(1-cs9)(2+c8)() 利用代换可得: 50四 48V 其中t=tan(62),由此可知,当V一定的条 件下,接触角θ越大,直径D就越小 图4SU-8胶与不同基底的粗糙度分析 由图4可知,T膜的粗糙度最大,而 Cu和Cr粗糙度相近。而金属膜Cu、Cr以及 D Ti与SU-8的结合力都很差,因此基底表面 的粗糙度对SU-8胶与基底结合力也无明 图2光刻胶滴形状 显的直接关系。 根据上述分析,当滴在不同基底的光刻 2.3基底的折射率实验 胶体积相等时,只要测得SU-8胶在基底上 SU-8胶通常在紫外曝光机上曝光,使 达到界面平衡时的直径,就可得出不同基底用365mm的波长。这里分析不同基底在 接触角的大小。实际测试中,在同一基底上365m的折射率。下图为实验结果。 进行多点多次测量,以减少实验误差。下图 为测得的实验结果。 5 图5SU-8胶与不同基底的折射率分析 由图5可知,Si的折射率最高,而金属 图3SU-8胶与不同基底的浸润性分析 膜Cu、Cr和Ti的折射率相对偏低。这与在 由图3可知,SU-8胶与S、金属膜Cu、实验中SU-8胶与硅基底的结合性强,与金 Cr和T为基底的浸润性是相近的,而SU-属基底的结合性差这一现象相符。说明基底 8胶与S、金属膜Cu、C和T的结合性是明的折射率对SU-8胶与基底结合力有明显 显不同的。由此可知,浸润性对SU-8胶与的关系。为证明这一现象,需找到一种具有 基底结合力无明显的影响关系 高折射率的基底来研究其与SU-8是否有 22甚底的表面粗糙度实验 较好的结合力 下面考察基底表面粗糙度对SU-8胶 实验发现经过氧化处理的T膜(在 与基底结合力的影响。测量Si和金属膜30%的NaOH溶液中放入双氧水,将T膜放 万方数据
微细加工技术 2002拄 状接近于球冠(如Ilt 2所示)，则接触角0和 直径D有如下关系： 利用代换可得： V=迎专嚣炉㈤ D3．志(2) 其中t=tan(0／2)，由此可知，当v一定的条 件下，接触角0越大，直径D就越小。 臻 图2光刻胶滴形状 根据上述分析，当滴在不同基底的光刻 胶体积相等时，只要测得SU一8胶在基底上 达到界面平衡时的直径，就可得出不同基底 接触角的大小。实际测试中，在同一基底上 Cu、Cr以及Ti的表面粗糙度，经多次测量取 均值。测得的粗糙度Ra值如图4所示。 一竺 曼：lo 生拍 嚣 囊10 j ■Ⅲ*一_一 图4 SU一8胶与不同基底的粗糙度分析 由图4可知，Ti膜的粗糙度最大，而Si、 Cu和Cr粗糙度相近。而金属膜Cu、Cr以及 Ti与SU一8的结合力都很差，因此基底表面 的粗糙度对Su一8胶与基底结合力也无明 显的直接关系。 2．3基底的折射率实验 SU一8胶通常在紫外曝光机上曝光，使 用365nm的波长。这里分析不同基底在 365nm的折射率。下图为实验结果。 翳耥盏硼薹一属 图3 SU一8胶与不同基底的授润性分析 由图3可知，SU一8胶与Si、金属膜Cu、 cr和Tl为基底的浸润性是相近的，而sU一 8胶与Sl、金属膜Cu、cr和Ti的结合性是明 显不同的。由此可知，浸润性对SU一8胶与 基底结合力无明显的影响关系。 2．2基底的表面粗糙度实验 下面考察基底表面粗糙度对SU一8胶 与基底结台力的影响。测量Si和金属膜 膜Cu、Cr和Ti的折射率相对偏低。这与在 实验中SU一8胶与硅基底的结合性强．与金 属基底的结合性差这一现象相符。说明基底 的折射率对SU一8胶与基底结合力有明显 的关系。为证明这一现象，需找到一种具有 高折射率的基底来研究其与SU一8是否有 较好的结合力。 实验发现经过氧化处理的Ti膜(在 30％的NaOH溶液中放人双氧水，将Ti膜放 万方数据
第2期 刘景全等:SU-8胶与基底结合特性的实验研究 31 人。T膜部分被氧化,但仍是导体)的折射产生根切而使图形坍塌。下图为图1底部放 率较高,其在365m时的折射率为2.1,粗糙大的SEM照片,可以说明这一点。 度Ra为4.13nm,与SU-8的浸润性比Si、 Cu、Cr和Ti为基底的差。 下图为在氧化处理的Ti膜上光刻的图 形,光刻胶厚度为210m,线宽10m,其深 宽比为21。由此实验可进一步证明基底在 折射率为365m时,对SU-8胶结合性影 响较大。从而得出,高折射率的基底与 SU-8的结合力大。 图7产生根切的光刻胶图形 3结论 为电铸出高深宽比金属微结构,通常需 要采用金属基底。但SU-8胶与金属基底 的结合力不好,限制了其深宽比的提高。本 文从SU-8胶与基底的浸润性、基底表面粗 糙度以及基底对近紫外光的折射特性对SU 图6光刻胶图形的SEM照片 8胶与基底的结合力进行分析。首次指出 折射率对SU-8胶与基底结合力影响在近紫外光365m的折射率高的基底与SU 的作用机理正在研究中。我们认为折射率高 8胶有很好的结合性。实验得出经过氧化 的基底光透过性强与基底紧密接触的那层处理的T片与SU-8胶结合性强。文中初 SU-8胶能充分曝光,形成足够交联;而折步分析了折射率对SU-8胶与基底结合力 射率低的基底,其反射率高,底层的SU-8影响的作用机理。有利于为MEMs提供低 胶不能充分曝光而未充分交联,在显影时易成本的高深宽比金属微结构。 参考文献: [1] LABIANCA N, DELORME J. High aspect ratio resist for thick film applications[ A]. Advances in Resist Technology and Processing[C]. Bellingham( WA USA): SPIE. 1995, 2438: 846-852 [2] Lee K, LABIANCA N Micromachining applications for a high resolution ultra-thick photoresist [j].J Vac Sci Technol, 1995, Bl3(6): 3012-3016 [3] SHAW J M, GELORME JD, LABIANCA N C, et al. Negative photoresists for optical lithography [J].IBM Journal of research and Development, 1997, (41): 81-94 [ 4] DESPONT M, LORENZ H, FAHRNI N High aspect ratio ultrathick, negative-tone near-UV photoresist MEMS applications[A]. MEMS'97[C]. Nagoya: IEEE,1997.518-522 [5] LORENZ H, DESPONT M, LABIANCA N, SU-8: a low-cost negative resist for MEMS [J].J Mi cromech Microeng, 1997, 7(3):121-124 [6] DELLMANN L, ROTH S, BEURET C Fabrication process of high aspect ratio elastic structures for piezo- 万方数据
第2期 刘景垒等：SU一8胶与基底结合特性的实验研究 31 人。Ti膜部分被氧化，但仍是导体)的折射 率较高，其在365nm时的折射率为2．1，粗糙 度Ra为4．13nm，与SU一8的浸润性比Si、 Cu、Cr和Ti为基底的差。 下图为在氧化处理的Ti膜上光刻的图 形，光刻胶厚度为210,um，线宽lO,um，其深 宽比为21。由此实验可进一步证明基底在 折射率为365nm时，对SU一8胶结合性影 响较大。从而得出，高折射率的基底与 su一8的结合力大。 产生根切而使图形坍塌。下图为图1底部放 大的SEM照片，可以说明这一点。 图7产生根切的光刻胶图形 3结论 为电铸出高深宽比金属微结构，通常需 要采用金属基底。但SU一8胶与金属基底 的结合力不好，限制了其深宽比的提高。本 文从Su一8胶与基底的浸润性、基底表面粗 1It 6光刻胶图形的SEM照片 竺参萎譬譬黧!麓：笔!；譬}茗荡：慧。。；；紧舞 折射率对SU一8胶与基底结合力影响 在近紫外光365nm的折射率高的基底与SU 的作用机理正在研究中。我们认为折射率高 一8胶有很好的结合性。实验得出经过氧化 的基底光透过性强，与基底紧密接触的那层 处理的Ti片与SU一8胶结合性强。文中初 SU一8胶能充分曝光，形成足够交联；而折 步分析了折射率对SU一8胶与基底结台力 射率低的基底，其反射率高，底层的SU一8 影响的作用机理。有利于为MEMS提供低 胶不能充分曝光而未充分交联，在显影时，易 成本的高深宽比金属微结构。 参考文献： [1]LABIANCA N，DEI．ORME J High aspect ratio resist for thick film applications[A]．AdvancB in Resist Technology and Proeesaing[C]．Bellingharn(WAUSA)：SPIE 1995，2438：846—852 [2]Lee K，LABIANCA N Micromachining applications for a high re￥)lution ultra—thick photoresist[J]．J Vac Sci Technol。1995，B13(6)：3012—3016 ’ [3]SHAW J M，GELORME J D，LABIANCANC，et a1．Negativephotoresistsforoptic．a[1ithography[J]IBM joumat ofResearch andDevdopment，1997，(41)：81—94 【4]DESPONTM，LORENZH，FAHRNIN，Hgh aspect ratioultrathick，negative—tonen牲r—UVpbx3toresist forMEMS applications[A]MEMS’97[C]Nagoya：IEEE，1997 518—522 [5]LORENZ H，DESPONT M，LABtANCA N．SU一8：a low—COSt negative resist for MEMS[J]．J Mi— ccomech Microeng，1997，7(3)：121—124 [6]DELLMANN L，ROTH S，BFuRF r C Fabrication process of high aspect ratio elastic structurm for piem— 万方数据
微细加工技术 2002年 electric motor applications [A]. Transducers 1997[C]. Chicago: International Conference on Solid-state Sen sors and Actuators, 1997. 641=644 [7 GUERIN L, BISSEL M. Simple and low oost fabrication of embedded microchannels by using a new thick film photoplastic[A]. Transducers 1997[C]. Chicago: Intemational Conference on Solid-state Sensors and Actuators,1997.1419-1422 8] EYRE B, BLOSIU J Taguchi Optimization for the processing Epon SU-8 resist[A]. MEMS 98[C].Hei delberg: IEEE, 1998. 218-22 [9] GHANTASALA M K, HAYES J P, HARVEY E C Patterning, electroplating and removal of SU-8 moulds by excimer laser micromachining[ J]. J Micromech MicToeng, 2001, 11(2): 133-139 [103 LORENZ H, DESPONT M, FAHRNI N. High-aspect-ratio, ultrathick, negative-tone near-UV pho toresist and its applications for MEMS[J]. Sensors and Actuators, 1998, A 64(1):33-39 Experimental Research on Adhesive Characteristic Between Su-8 Resist and Substrate LIU Jing-quan, ZHU Jun, CAI Bing-chu, CHEN Di DING Gui-pu, ZHAO Xiao-lin, YANG Chun-sheng (Thin Film and Microfabrication Key Lab of State Educational Ministry, Institute of Micro/ Nanometer Science& Technology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China) Abstract: SU-8 is a negative, epoxy type, near-UV photoresist. The resist has been specifically developed for ultrathick and high-aspect-ratio MEMS-type applications. In order to get a metallic microstructure the substrate should always be metallic filn But this photoresist, in practice, has been proved to be poor adhesion with metallic substrate. Therefore the aspect ratio is limited. In this paper, the adhesive character tics between Su-8 resist and the metallic substrate are analyzed based on the fol lowing factors, such as the wetting property between Su-8 and substrate, the roughness of the substrate and the refractive index of the substrate to near-UV. Based on the analyses, the high refractive index of the substrate to near-UV shows compara tively good adhesion with SU-8. The substrate of Ti film with oxidation treatment has the stronger adhesive to the resist. The above results will open the possibilities to provide mems with the metallic microstrcture of low cost and high aspect-ratio Key words: SU-8 resist; high aspect ratio; UV-LIGA; adhesive characteristics; MEMS 万方数据
微细加工技术 2002芷 electric nlotor applications[A]．Transducersl997[C]．Chicag)：InternationalConferenceOilSolid—stateSen— S01N and Actuators，1997 641广644． [7]GUERIN L，BISSEL M Simple and low 03St fabrication of ernbedded raJcrochannets by u5ing a new thick— film p的toplastlc[A]Transducers 1997[C]c：}li哪：Imemationa[Gmference∞SoLid—state Serifs删 Actuators，1997 1419—1422 [8]EYRE B，BLOSIU JTaguchi．Optimizationforthe procd．singEpon SU一8 resist[A]MEMS’98[C]．Hel— de[berg：IEEE，1998．218—222． [9]GHANTASALA M K，HAYES J P，FDtRVEY E c Patterning，electroplaling and removal of SU一8 moulds by excimerlaⅫmicromacNniag[J]．JMicmmechMicroeng，2001，11(2)：133—139 [10]LORENZH，DESPONTM，FAHRNiN．High—aspect—ratio，ultrmhick，negative—tonenw—uVpho— toresist andits 8ppliemionsforMEMS[J]Sensors andActuators．1998，A 64(1)：33—39 Experimental Research oil Adhesive Characteristics Between SU一8 Resist and Substrate LIU Jing—quan，ZHU Jun，CAI Bing—chu，CHEN Di DING Gui—pu，ZHAO Xiao-lin，YANG Chun-sheng (Thin Film and Microfabrication Key Lab of State Educational Ministry，Institute of Micro／ Nanometer Science&Technology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200030，China) Abstract：SU一8 is a negative，epoxy type，near-UV photoresist．The resist has been specifically developed for ultrathick and high-aspect—ratio MEMS-type applications．In order to get a metallic microstrueture，the substrate should always be metallic film． But this photoresist；in practice，has been proved to be poor adhesion with metallic substrate．Therefore the aspect ratio is limited．In this paper，the adhesive character— istics between SU一8 resist and the metallic substrate are analyzed based Oil the fol— lowing factors，such aS the wetting property between SU一8 and substrate，the mnghness of the substrate and the refractive index of the substrate to near-UV．Based on the analyses．the high refractive index of the substrate to near-UV shows compara— tively good adhesion with SU一8．The substrate of Ti film with oxidation treatment has the stronger adhesive to the resist．The above results will open the possibilities to provide MEMS with the metallic microstrcture of lOW cost and high aspect—ratio． Key words：SU一8 resist；high aspect ratio；UV—LIGA；adhesive characteristics； MEMS 万方数据
SU-8胶与基底结合特性的实验研究 旧数据 文献链接 刘景全,朱军,蔡炳初,陈迪,丁桂甫,赵小林,杨春生 作者单位 上海交通大学微纳米科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海,200030 微细加工技术sT 英文刊名: MICROFABRICATION TECHNOLOGY 年,卷(期) 2002,(2 引用次数: 1. LABIANCA N DELORME J High aspect ratio resist for thick film applications 1995 2. Lee K LABIANCA N Micromachining applications for a high resolution ultra- thick photoresist 3. Shaw J M. GELORME J D LABIANCA N C Negative photoresists for optical lithography [J 1997(41) 1. DESPONT M LORENZ H FAHRNI N High aspect ratio ultrathick negative- tone near- UV photoresist for MEMS applications 1997 5. Lorenz H DESPONT M LABIANCA N SU-8: a low-cost negative resist for MEMS 1997 (3) 6. DELLMANN L ROTH S BEURET C Fabrication process of high aspect ratio elastic structures for piezoelectric motor applications 1997 7. GUERIN L BISSEL M Simple and low cost fabrication of embedded microchannels by using a new thickfilm photoplastic 1997 8. EYRE B. BLOSIU J Taguchi Optimization for the processing Epon SU-8 resist 1998 9. GHANTASALA M K HAYES J P. HARVEY E C Patterning electroplating and removal of SU-8moulds by excimer laser micromachining 2001(2) 10. Lorenz. DESPONTM FAHRNI N High igh- aspect ratio ultrathick negative- tone nea its applications for MEMS 1998 超似文就(10条 1.会议论文刘景全.朱军.丁桂甫.赵小林.蔡炳初用SU-8胶制高深宽比微结构的工艺研究2001 高深宽比的MS微结构.但SU-8胶对工艺参数得敏感.本 对其工艺进行分析.采用3个因素进行实验,对试验进行了分析.根据因素分析,给出了建议的工艺条件.文中以200口m厚的SU-8为f 刻胶图形侧壁陡直、分辨率高、与村底附着性强、深宽比大于20.此外,文中对几种金属衬底与S-8的附着性进行比较,得出经过 的Ti片附着性强 这有利于为X提供低成本的高深宽比微结构 2.学位论文刘景全基于SU-8胶的UV-LIGA技术及其应用研究2002 研究工作的主要内容分以下几部分:(1)基于SU-8胶的u-LIGA技术研究:◆SU-8胶的光刻技术研究该文从SU-8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度 以及基底对近紫外光的折射特性对SU-8胶与基底的结合力进行分析.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片与SU-8胶结合性强.这有利于为微系统提供低成本的高深宽比金属微结构对S-8胶光刻失败的图形进行分析,以供参考◆电铸和模压技术利 于电铸技术可以在光刻出的图形基础上形成金属微结构或金属模具.通过微模压技术,利用电铸的金属模具可实现微结构的复制以得到低价、大批量的 微结构,这是 UV-LIGA技术的可贵之处微电铸和微模压技术相对比较成熟.(2)微机械光纤定位器该文提出一种新型的光纤定位器.用SU-8胶一竖直壁与 基底形成的直角v型槽定位,并利用柔性铰链设计片状弹簧夹紧光纤利用光纤截面的特性,将夹紧点设在光纤的上面半圆周.该机构便于与其它光器件系 统集成,而且无需使用压盖来压紧光纤研制的光纤耦合器插入损耗低 3.则H论文金料:可,线先*每知用数比制比结构的试验团图耳正技对 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200m厚的SU-8为例进行试验研究,得到的 形侧壁陡直,分辨率高,与基底附着性 强深宽比大于20 4.学位论文卢伟SU-8胶接触式UV光刻模拟2006 光刻在微制造过程中占据着举足轻重的地位,是在批量制造小尺寸半导体器件结构的关键瓶颈之一。半导体工艺工程师们需要尽可能准确的预测光 剡的能力,因为这一信息影响着其它所有的后续工艺(离子注入、氧化、扩散、刻蚀、沉积等)的变化。工艺的进步带来工艺设备的大规模更新,这需要 极大的投资,半导体制造商需要仔细规划以保证投资的成功性。而模拟是检测这些成功性的有力而关键的工具。另外,模拟是决定怎样利用现有的工艺 设备生产出更好的器件的最好的办法,这无需数额巨大的投资,而能够对未来的发展有前瞻性的预测 随着信息技术的飞速发展,微型化与集成 化是器件发展的两大趋势由于化学放大型负性SU-8光刻胶克服了普通光刻胶采用Wv光刻深宽比不足的问题,十分适合于制备高深宽比微结构,因此直 接采用SU-8光刻胶来制备深宽比高的微结构与微零件是微加工领域的一项新技术,自从SU-8胶被报道以来,SL-8胶的应用引起了极大的兴趣,由于它具
SU-8胶与基底结合特性的实验研究 作者： 刘景全， 朱军， 蔡炳初， 陈迪， 丁桂甫， 赵小林， 杨春生 作者单位： 上海交通大学微纳米科学技术研究院薄膜与微细技术教育部重点实验室,上海,200030 刊名： 微细加工技术 英文刊名： MICROFABRICATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2002，(2) 引用次数： 0次 参考文献(10条) 1.LABIANCA N.DELORME J High aspect ratio resist for thick film applications 1995 2.Lee K.LABIANCA N Micromachining applications for a high resolution ultra- thick photoresist 1995(6) 3.Shaw J M.GELORME J D.LABIANCA N C Negative photoresists for optical lithography [J ] 1997(41) 4.DESPONT M.LORENZ H.FAHRNI N High aspect ratio ultrathick negative - tone near- UV photoresist for MEMS applications 1997 5.Lorenz H.DESPONT M.LABIANCA N SU-8:a low-cost negative resist for MEMS 1997(3) 6.DELLMANN L.ROTH S.BEURET C Fabrication process of high aspect ratio elastic structures for piezoelectric motor applications 1997 7.GUERIN L.BISSEL M Simple and low cost fabrication of embedded microchannels by using a new thickfilm photoplastic 1997 8.EYRE B.BLOSIU J Taguchi Optimization for the processing Epon SU-8 resist 1998 9.GHANTASALA M K.HAYES J P.HARVEY E C Patterning electroplating and removal of SU-8moulds by excimer laser micromachining 2001(2) 10.LorenzH.DESPONTM.FAHRNI N High- aspect- ratio ultrathick,negative- tone near- UV photoresist and its applications for MEMS 1998 相似文献(10条) 1.会议论文 刘景全.朱军.丁桂甫.赵小林.蔡炳初 用SU-8胶制高深宽比微结构的工艺研究 2001 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.但SU-8胶对工艺参数得敏感.本文采用正交试验设计方法 对其工艺进行分析.采用3个因素进行实验,对试验进行了分析.根据因素分析,给出了建议的工艺条件.文中以200μm厚的SU-8为例进行试验研究,得到的光 刻胶图形侧壁陡直、分辨率高、与衬底附着性强、深宽比大于20.此外,文中对几种金属衬底与SU-8的附着性进行比较,得出经过氧化处理的Ti片附着性强 .这有利于为MEMS提供低成本的高深宽比微结构. 2.学位论文 刘景全 基于SU-8胶的UV-LIGA技术及其应用研究 2002 研究工作的主要内容分以下几部分:(1)基于SU-8胶的UV-LIGA技术研究:◆SU-8胶的光刻技术研究 该文从SU-8胶与基底的浸润性、基底表面粗糙度 以及基底对近紫外光的折射特性对SU-8胶与基底的结合力进行分析.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片与SU-8胶结合性强.这有利于为微系统提供低成本的高深宽比金属微结构.对SU-8胶光刻失败的图形进行分析,以供参考.◆电铸和模压技术 利 于电铸技术可以在光刻出的图形基础上,形成金属微结构或金属模具.通过微模压技术,利用电铸的金属模具可实现微结构的复制.以得到低价、大批量的 微结构,这是UV-LIGA技术的可贵之处.微电铸和微模压技术相对比较成熟.(2)微机械光纤定位器 该文提出一种新型的光纤定位器.用SU-8胶一竖直壁与 基底形成的直角V型槽定位,并利用柔性铰链设计片状弹簧夹紧光纤.利用光纤圆截面的特性,将夹紧点设在光纤的上面半圆周.该机构便于与其它光器件系 统集成,而且无需使用压盖来压紧光纤.研制的光纤耦合器插入损耗低. 3.期刊论文 刘景全.朱军.丁桂甫.赵小林.蔡炳初 用SU-8胶制高深宽比微结构的试验研究 -微细加工技术2002(1) 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,得到的光刻胶图形侧壁陡直,分辨率高,与基底附着性 强,深宽比大于20. 4.学位论文 卢伟 SU-8胶接触式UV光刻模拟 2006 光刻在微制造过程中占据着举足轻重的地位，是在批量制造小尺寸半导体器件结构的关键瓶颈之一。半导体工艺工程师们需要尽可能准确的预测光 刻的能力，因为这一信息影响着其它所有的后续工艺(离子注入、氧化、扩散、刻蚀、沉积等)的变化。工艺的进步带来工艺设备的大规模更新，这需要 极大的投资，半导体制造商需要仔细规划以保证投资的成功性。而模拟是检测这些成功性的有力而关键的工具。另外，模拟是决定怎样利用现有的工艺 设备生产出更好的器件的最好的办法，这无需数额巨大的投资，而能够对未来的发展有前瞻性的预测。 随着信息技术的飞速发展，微型化与集成 化是器件发展的两大趋势。由于化学放大型负性SU-8光刻胶克服了普通光刻胶采用UV光刻深宽比不足的问题，十分适合于制备高深宽比微结构，因此直 接采用SU-8光刻胶来制备深宽比高的微结构与微零件是微加工领域的一项新技术。自从SU-8胶被报道以来，SU-8胶的应用引起了极大的兴趣，由于它具
有较多优点,SU-8胶正被越来越多的应用于、芯片封装和微加工等领域。应用标准UⅣ工艺可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形,可以形成台 阶、管道等结构复杂的图形;且SU-8胶不导电,在 直接作为绝缘体使用,用来电镀金属零件UV-LIGA;因S-8胶具有良好的抗腐蚀性,被 多人采用做微制造掩模 在S-8胶的工艺 大量的重复性的实验来得到对于某特定器件尺寸和结构的最佳工艺条件 这种方法耗费 量的人力和物力。这篇论文的工作是通过模拟的方法仿真SU-8胶的光刻图形,使模拟的SU-8胶图形接近与实际情形。 本文给出了一套SU-8較山V接 触式光刻的模拟模型及其C/C++实现程序。这个模型在普通的化学放大胶光刻模拟的基础上,添加了溶胀模型和对显影速率随深度变化效应的模拟。对于 厚SU-8胶的模拟,这种模型比普通的模拟模型更加合适,经过模拟结果和实验结果对照,总的模拟误差在6%以内。 这篇论文是厚SU-8光刻胶接触 式UV光刻后形貌的两维模拟,SU-8胶是一种化学放大的、基于环氧基的负性光刻胶,我们的模型和模拟基于早期的化学放大胶的研究和SU-8胶的光刻机 理和性质早期对化学放大胶的研究主要集中在薄的应用于亚微米光刻的化学放大胶,而很少涉及到对厚的化学放大胶的建模。因而这篇文章包括了我 们在厚的化学放大胶光刻模型方面的努力,这些新的模型适用于SU-8 文章从介绍前人做的光刻模拟工作开始,包括空气影像成形模型、DM胶 和化学故大胶的曝光模型、化学放大胶后烘模型和一般显影模型。然后从SU-8胶的物理和化学反应机制方面介绍SU-8胶的曝光、后烘和显影过程中的变 化。由于SU-8胶的厚胶特殊性,文章中对SU-8胶的模拟建立了两个模块:显影过程中对溶胀效应的模拟和显影速率深度影响模型 最后一章包括 实现SU-8胶Ⅳ光刻模拟程序的流程图,详细介绍实现模拟的编程思想 最后,将模拟结果值和实验结果进行两种方式对比:图形直接对比和宽度 数值对比,并计算了模拟和实际结果的误差,这些误差显示,对于线宽为100m的光刻胶,最大误差为61μm,最小误差2m,可以说总的误差在6%以 5.学位论文郭照沛SU-8胶界面结合性及超声时效的分子模拟研究2009 随着微机电 作为制作高深宽比结构的首选胶,己经被广泛地应用于Ms研究领域。然而SU-8胶在工艺过程中会 产生很大的内应力,导致在后续的工艺过程中出现胶体开裂,甚至从基底上脱落等现象。这些问题的存在限制了高深宽比胶结构的制作和图形分辨率的 提高。本文主要针对SU-8胶与金属N基底的结合性及超声时效进行分子动力学模拟研究,为SU-8胶光刻实验参数的选取提供依据 使用 Tonto Atoa的方法建立了SU-8胶分子模型,对其进行能量最小化和动力学模拟相结合的优化模拟。在反复进行优化模拟后,对分子模型体系进行了静态力学性 能的分析,得到了SU-8胶的力学弹性常数。SU-8胶 量,剪切模量和泊松比的模拟值同文献中的实验值相吻合,说明构建的分子模型是合理的。 采用反应活性对之间距离最短优先发生交联的方法,在后烘温度为348K时对SU-8胶分子体系进行了交联反应的模拟。得到了一个交联率为75%的SU- 热效应,本文试图通过对交联的SU-8胶体系施加高温高压来模拟超声作用对其内应力的消除。在高温高压下对SU-8胶反复进行能量最小 模拟,直到体系达到完全的平衡后,分析体系的静态弹性常数。通过和交联的SU-8胶的弹性常数相比,杨氏模量有一定的下降,这说明 的作用,在对SU-8胶无定形单元和Ni(100)面结构进行最优化模拟的基础上,构建了包含SU-8胶和Ni(100 型。对界面分子模型进行了能量最优化后,分别模拟计算了不同前烘温度下的界面结合能,得出在温度为343时界面结合能达到最大, 合最好。对体系中各能量项的分析发现,界面原子间的范德华力是影响界面结合的决定因素 6.期刊论文张立国.陈迪杨帆.李以贵SU-8胶光刻工艺研究-光学精密工程2002,10(3 -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S-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阃、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200pm厚SU-8光刻胶的建议工艺条件:200m/s甩胶,1h的95”C前烘,近紫外光(400m)接触式 曝光95·C的中烘30min,PQEA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 期刊论文张金娅陈迪.朱军.李建华方华斌杨斌 ZHANG Jin-ya. CHEN DI. ZHU Jun. LI Jian-hua. FANG Hua-bin ANG Bin超厚SU-8负胶高深宽比结构及工艺研究-功能材料与器件学报2005,11(2) 采用新型5-8光刻胶在VIA技术基础上制备了各种高深宽比ME微结构,研究了热处理和曝光两个重要因素对高深宽比微结构的影响解决了微结 构的开裂和倒塌等问题;优化了SU-8胶工艺,从而获得了最大深宽比为27:1的微结 8.学位论文冯明SU-8胶深 模拟2007 随着信息技 器件发展的两大趋势,M(微机电系统)是其中一个热点领域,采用SU-8胶的U光刻技术是制造 BS的重要微细加工技术。传统的光刻胶已无法满足高深宽比要求的器件微结构。SU-8光刻胶克服了普通光刻胶光刻深宽比不足的问题,同时克服了 SU-8胶高深宽比 结构制造的过程中需要对尺寸等特征进行严格的控制。现在的制造方法通常是通过大量的重复性实验来得到对于某特定器件尺寸和结构的最佳工艺条件 这种方法的主要缺点在于实验成本较大,得到最佳试验条件困难,不同掩模图形或工艺条件差异较大等,同时,试验方式难于对光刻过程机理的准确 理解。对包括光刻在内的工艺过程模拟则很好地弥补了试验的不足,同时也方便了设计者对于设计的审查与改进,从而成为制造者与设计者之间的桥梁 本文中对现有的光刻建模方法以及模型进行了总结,同时也对已有的SU-8胶U光刻二维模拟程序进行了仔细研究,在其基础上添加了非常重要 的新模块—影像成型。影像成型是光刻时最为重要的步骤 厚胶中光强的分 布对于最后光刻胶的形貌有极大的影响。该模块使得整个模型的精度 有了较大的提高。模块以薄胶的成型为基础,添加了衍射与折射效应,并从厚胶本身的特点考虑,将光吸收系数的变化与光致酸的生成耦合起来,对原 有的曝光模块中的D1ABC模型进行了修正 型数值求解方法的选取对于最后的结果有着重要影响。本文从计算速度以及计算精度两方面综合考 虑,对于曝光模型提出了自己的算法;对原有的后烘算法进行了改进,将酸的扩散以及酸的化反应糊合考虑,并用吏加精确的数值方法对酸的扩散进 行求解,以满足整个程序计算的需求。同时考虑到现实使用中整个系统的运算速度,在不影响最后结果精度的情 溶胀模型舍去 时,对每个模块分立编程,并对每段程序的输入输出接口进行严格设置。用丛LAB对于每个模块中关键变量的浓度分布进行画图分析,以保证每个模型 的正确性。结合现有资料以及实验数据求解不同型号SU-8胶的模型参数,对于整个系统反复调试,保证整个系统顺利运行,文中给出了整个系统的编程 思想和每个模块的流程图 由于影像成型对于最后光刻胶形貌影响的重要性,所以本文对此模块中光强分布的结果单独进行了分析。讨论了每种 光学效应对于光强分布结果的影响:同时也将每个工艺参数对于光强分布结果的影响进行了对比讨论,验证了影像成型模型的正确性,为曝光时工艺参 数的选取提供了一定的参考。同时也将整个轮廓模拟软件的最终结果与实验SEM照片结果对比,对线宽的大小分析比较,并分析两者的误差,从而验证了 软件系统的正确性及实用性。最后对整个论文进行了总结,并对未来工作的发展提出了一些新的想法 9期刊论文SU-8胶光刻工艺参数优化研究-微细加工技术2005(3) 对基于5U-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SL8胶成 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300μ厚光刻胶微结构和侧壁角度为89.98”近似垂直的500厚光刻胶微结构 0.会议论文刘景全 8胶是一种负性 .连来年起面东生图在①5中的年的数 获得的曝光量均匀一致,可得到具有垂直侧壁和高深宽 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 个研究领域本文主要分析SU-8胶的特点,介绍其在MM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 1·秦江SU-8胶紫外光刻理论与实验研究[学位论文]硕士200
有较多优点，SU-8胶正被越来越多的应用于MEMS、芯片封装和微加工等领域。应用标准UV工艺可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形，可以形成台 阶、管道等结构复杂的图形；且SU-8胶不导电，在电镀时可以直接作为绝缘体使用，用来电镀金属零件(UV-LIGA)；因SU-8胶具有良好的抗腐蚀性，被许 多人采用做微制造掩模。 现在SU-8胶的工艺优化是通过大量的重复性的实验来得到对于某特定器件尺寸和结构的最佳工艺条件，这种方法耗费大 量的人力和物力。这篇论文的工作是通过模拟的方法仿真SU-8胶的光刻图形，使模拟的SU-8胶图形接近与实际情形。 本文给出了一套SU-8胶uV接 触式光刻的模拟模型及其C/C++实现程序。这个模型在普通的化学放大胶光刻模拟的基础上，添加了溶胀模型和对显影速率随深度变化效应的模拟。对于 厚SU-8胶的模拟，这种模型比普通的模拟模型更加合适。经过模拟结果和实验结果对照，总的模拟误差在6﹪以内。 这篇论文是厚SU-8光刻胶接触 式UV光刻后形貌的两维模拟。SU-8胶是一种化学放大的、基于环氧基的负性光刻胶。我们的模型和模拟基于早期的化学放大胶的研究和SU-8胶的光刻机 理和性质。早期对化学放大胶的研究主要集中在薄的应用于亚微米光刻的化学放大胶，而很少涉及到对厚的化学放大胶的建模。因而这篇文章包括了我 们在厚的化学放大胶光刻模型方面的努力，这些新的模型适用于SU-8胶。 文章从介绍前人做的光刻模拟工作开始，包括空气影像成形模型、DNQ胶 和化学放大胶的曝光模型、化学放大胶后烘模型和一般显影模型。然后从SU-8胶的物理和化学反应机制方面介绍SU-8胶的曝光、后烘和显影过程中的变 化。由于SU-8胶的厚胶特殊性，文章中对SU-8胶的模拟建立了两个模块：显影过程中对溶胀效应的模拟和显影速率深度影响模型。 最后一章包括 实现SU-8胶UV光刻模拟程序的流程图，详细介绍实现模拟的编程思想。 最后，将模拟结果值和实验结果进行两种方式对比：图形直接对比和宽度 数值对比，并计算了模拟和实际结果的误差。这些误差显示，对于线宽为100μ m的光刻胶，最大误差为61μm，最小误差2gm，可以说总的误差在6﹪以 内。 文章附录了实现模拟的C/C++代码。 5.学位论文 郭照沛 SU-8胶界面结合性及超声时效的分子模拟研究 2009 随着微机电系统(MEMS)的迅速发展，SU-8光刻胶作为制作高深宽比结构的首选胶，已经被广泛地应用于MEMS研究领域。然而SU-8胶在工艺过程中会 产生很大的内应力，导致在后续的工艺过程中出现胶体开裂，甚至从基底上脱落等现象。这些问题的存在限制了高深宽比胶结构的制作和图形分辨率的 提高。本文主要针对SU-8胶与金属Ni基底的结合性及超声时效进行分子动力学模拟研究，为SU-8胶光刻实验参数的选取提供依据。 使用Atom-toAtom的方法建立了SU-8胶分子模型，对其进行能量最小化和动力学模拟相结合的优化模拟。在反复进行优化模拟后，对分子模型体系进行了静态力学性 能的分析，得到了SU-8胶的力学弹性常数。SU-8胶的杨氏模量，剪切模量和泊松比的模拟值同文献中的实验值相吻合，说明构建的分子模型是合理的。 采用反应活性对之间距离最短优先发生交联的方法，在后烘温度为348K时对SU-8胶分子体系进行了交联反应的模拟。得到了一个交联率为75％的SU- 8胶网状交联体系。对其进行优化模拟后，分析计算了交联体系的力学弹性常数，其中杨氏模量的数值和文献中的实验值相吻合。 基于超声作用的 热效应，本文试图通过对交联的SU-8胶体系施加高温高压来模拟超声作用对其内应力的消除。在高温高压下对SU-8胶反复进行能量最小化和分子动力学 模拟，直到体系达到完全的平衡后，分析体系的静态弹性常数。通过和交联的SU-8胶的弹性常数相比，杨氏模量有一定的下降，这说明了超声作用对胶 体内应力的消除有一定的作用。 在对SU-8胶无定形单元和Ni(100)面结构进行最优化模拟的基础上，构建了包含SU-8胶和Ni(100)面的界面分子模 型。对界面分子模型进行了能量最优化后，分别模拟计算了不同前烘温度下的界面结合能，得出在温度为343K时界面结合能达到最大，说明此时界面结 合最好。对体系中各能量项的分析发现，界面原子间的范德华力是影响界面结合的决定因素。 6.期刊论文 张立国.陈迪.杨帆.李以贵 SU-8胶光刻工艺研究 -光学精密工程2002,10(3) 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. 7.期刊论文 张金娅.陈迪.朱军.李建华.方华斌.杨斌.ZHANG Jin-ya.CHEN Di.ZHU Jun.LI Jian-hua.FANG Hua-bin .YANG Bin 超厚SU-8负胶高深宽比结构及工艺研究 -功能材料与器件学报2005,11(2) 采用新型SU-8光刻胶在UV-LIGA技术基础上制备了各种高深宽比MEMS微结构,研究了热处理和曝光两个重要因素对高深宽比微结构的影响,解决了微结 构的开裂和倒塌等问题;优化了SU-8胶工艺,从而获得了最大深宽比为27:1的微结构. 8.学位论文 冯明 SU-8胶深紫外光刻模拟 2007 随着信息技术的飞速发展，微型化与集成化是器件发展的两大趋势，MEMS(微机电系统)是其中一个热点领域，采用SU-8胶的UV光刻技术是制造 MEMS的重要微细加工技术。传统的光刻胶已无法满足高深宽比要求的器件微结构。SU-8光刻胶克服了普通光刻胶光刻深宽比不足的问题，同时克服了 LIGA技术中X 射线光源极为昂贵的问题，直接采用SU-8光刻胶来制备深宽比高的微结构与微零件是微加工领域的一项重要技术。 SU-8胶高深宽比 结构制造的过程中需要对尺寸等特征进行严格的控制。现在的制造方法通常是通过大量的重复性实验来得到对于某特定器件尺寸和结构的最佳工艺条件 ，这种方法的主要缺点在于实验成本较大，得到最佳试验条件困难，不同掩模图形或工艺条件差异较大等，同时，试验方式难于对光刻过程机理的准确 理解。对包括光刻在内的工艺过程模拟则很好地弥补了试验的不足，同时也方便了设计者对于设计的审查与改进，从而成为制造者与设计者之间的桥梁 。 本文中对现有的光刻建模方法以及模型进行了总结，同时也对已有的SU-8胶UV光刻二维模拟程序进行了仔细研究，在其基础上添加了非常重要 的新模块——影像成型。影像成型是光刻时最为重要的步骤之一，厚胶中光强的分布对于最后光刻胶的形貌有极大的影响。该模块使得整个模型的精度 有了较大的提高。模块以薄胶的成型为基础，添加了衍射与折射效应。并从厚胶本身的特点考虑，将光吸收系数的变化与光致酸的生成耦合起来，对原 有的曝光模块中的DillABC模型进行了修正。 模型数值求解方法的选取对于最后的结果有着重要影响。本文从计算速度以及计算精度两方面综合考 虑，对于曝光模型提出了自己的算法；对原有的后烘算法进行了改进，将酸的扩散以及酸的催化反应耦合考虑，并用更加精确的数值方法对酸的扩散进 行求解，以满足整个程序计算的需求。同时考虑到现实使用中整个系统的运算速度，在不影响最后结果精度的情况下将溶胀模型舍去。 在C++编程 时，对每个模块分立编程，并对每段程序的输入输出接口进行严格设置。用MATLAB对于每个模块中关键变量的浓度分布进行画图分析，以保证每个模型 的正确性。结合现有资料以及实验数据求解不同型号SU-8胶的模型参数，对于整个系统反复调试，保证整个系统顺利运行。文中给出了整个系统的编程 思想和每个模块的流程图。 由于影像成型对于最后光刻胶形貌影响的重要性，所以本文对此模块中光强分布的结果单独进行了分析。讨论了每种 光学效应对于光强分布结果的影响；同时也将每个工艺参数对于光强分布结果的影响进行了对比讨论，验证了影像成型模型的正确性，为曝光时工艺参 数的选取提供了一定的参考。同时也将整个轮廓模拟软件的最终结果与实验SEM照片结果对比，对线宽的大小分析比较，并分析两者的误差，从而验证了 软件系统的正确性及实用性。 最后对整个论文进行了总结，并对未来工作的发展提出了一些新的想法。 9.期刊论文 SU-8胶光刻工艺参数优化研究 -微细加工技术2005(3) 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. 10.会议论文 刘景全.蔡炳初.陈迪.朱军.赵小林.杨春生 SU-8胶及其在MEMS中的应用 2003 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. 引证文献(4条) 1.秦江 SU-8胶紫外光刻理论与实验研究[学位论文]硕士 2006
宫德海基于准LIGA技术的微型齿轮型腔成形工艺研究及模具设计[学位论文]硕士2005 3.姜勇UQS机理及鉴码齿轮集一体化工艺研究[学位论文]硕士2005 4.李雄UⅣ-LIGA技术光刻工艺的研究[学位论文]硕士2004 本文链接:http://d.g.wanfangdata.comcn/periodiCalwxjgjs200202007.aspx 下载时间:2010年2月15日
2.宫德海 基于准LIGA技术的微型齿轮型腔成形工艺研究及模具设计[学位论文]硕士 2005 3.姜勇 UQS机理及鉴码齿轮集一体化工艺研究[学位论文]硕士 2005 4.李雄 UV-LIGA技术光刻工艺的研究[学位论文]硕士 2004 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wxjgjs200202007.aspx 下载时间：2010年2月15日