高技术通讯2006年4月第16卷第4期 基于MEMS技术的微型模具制作工艺研究0 肖日松③∵”杜立群“刘冲“刘海军“秦江 (‘大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024) (“大连理工大学微系统研究中心大连116024) 摘要针对微型模具的结枃和精度要求,在研究硅模具和背板生长两种工艺路线的基 础上,提出了无背板生长工艺路线,并介绍了工艺路线中所涉及的三种MEMS加工方法 即 UV-LIGA技术中的光刻、徼电铸以及硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀。实验结果表 明,硅模具和背板生长模具呈54.74的斜面,且硅模具容易损坏,背板生长模具受应力影 响易产生变形;而无背板生长工艺能够获得侧壁垂直、表面细致、使用寿命长的模具,满足 结构和精度要求 关键词微型模具,MEMs,UV-LlGA,光刻,微电铸,湿法刻蚀 0引言 工艺路线分为硅模具、背板生长和无背板生长三套 工艺路线。 微机械系统( micro electro-mechanical systems,1.1硅模具工艺 MEMS)是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域 硅模具工艺路线是在硅的氧化层上涂覆光刻 其特点主要包括微型化集成化以及批量生产等。胶,其后进行光刻,同时利用HF腐蚀得到SO2图 由于传统机械加工方法不能适应微型模具加工的需形,去胶后以SiO2图形作掩模,进行湿法刻蚀得到 要,故微型模具的制作需要采用MEMS技术 硅图形,由于直接将硅图形作为模具使用,故称之为 MEMS技术是随着半导体集成电路微细加工技硅模具工艺路线。其工艺路线示意图如图1所示 术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。它 的加工技术主要分为三类:(1)在集成电路技术 (lC)基础上发展起来的硅MEMS加工技术;(2)利用 涂覆光刻胶 (2)光刻 X射线深层光刻微电铸、微铸塑的LGA技术(德文 Lithograpie, galvanoformung, Abformug的简写)。LGA 技术需要昂贵的同步辐射Ⅹ射线源进行X深层光 3)腐蚀SO2 (4)去胶 刻,现可采用紫外光源代替同步辐射X光源来进行 深层光刻,称之为UV-IJGA技术;(3)精密机械加工 (5)湿法刻蚀 (6)去除氧化层 技术(如微细电火花EDM、超声波加工等) 本文进行了基于MEMS技术的微型模具制作工 图1硅模具工艺路线示意图 艺的研究,在硅模具和背板生长两种工艺路线的基 础上,提出了无背板生长工艺路线,其中所涉及的 该路线主要涉及的MEMS加工方法有UV光刻 MEMS技术主要包括 UV-LIGA技术中的光刻微电和硅MEAS加工技术中的湿法刻蚀。UV光刻利用 铸以及硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀 紫外光光源代替LGA技术中的同步X光源进行深 层光刻,其不需要LGA技术中的同步辐射X光源 1工艺路线概论 和特制的X光掩模板,已经成为一种代替LGA技 术的具有实用价值的微加工技术3。 本文基于MEMS技术,针对微型模具的制作,将 硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀的工作原理是 杰:研万向擻机电能,联暴,rml,me高技术通讯2006年4月第16卷第4期 基于MEMS技术的微型模具制作工艺研究① 肖日松②一。 杜立群一“ 刘 冲一+ 刘海军” 秦江“ (‘大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 大连116024) (“大连理工大学微系统研究中心 大连116024) 摘要 针对微型模具的结构和精度要求，在研究硅模具和背板生长两种工艺路线的基 础上，提出了无背板生长工艺路线，并介绍了工艺路线中所涉及的三种MEMS加工方法， 即UV—LIGA技术中的光刻、微电铸以及硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀。实验结果表 明，硅模具和背板生长模具呈54．740的斜面，且硅模具容易损坏，背板生长模具受应力影 响易产生变形；而无背板生长工艺能够获得侧壁垂直、表面细致、使用寿命长的模具，满足 结构和精度要求。 关键词微型模具，MEMS，UV．LIGA，光刻，微电铸，湿法刻蚀 0 引言 微机械系统(micro electro—mechanical systems， MEMS)是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域。 其特点主要包括微型化、集成化以及批量生产等¨j。 由于传统机械加工方法不能适应微型模具加工的需 要，故微型模具的制作需要采用MEMS技术。 MEMS技术是随着半导体集成电路微细加工技 术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。它 的加工技术主要分为三类：(1)在集成电路技术 (ic)基础上发展起来的硅MEMS加工技术；(2)利用 x射线深层光刻、微电铸、微铸塑的LIGA技术(德文 Lithograpie，Galvanoformung，Abformug的简写)。LIGA 技术需要昂贵的同步辐射x射线源进行x深层光 刻，现可采用紫外光源代替同步辐射x光源来进行 深层光刻，称之为UV'HGA技术；(3)精密机械加工 技术(如微细电火花EDM、超声波加工等)[23。 本文进行了基于MEMS技术的微型模具制作工 艺的研究，在硅模具和背板生长两种工艺路线的基 础上，提出了无背板生长工艺路线，其中所涉及的 MEMS技术主要包括uV—LIGA技术中的光刻、微电 铸以及硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀。 1 工艺路线概论 本文基于MEMS技术，针对微型模具的制作，将 工艺路线分为硅模具、背板生长和无背板生长三套 工艺路线。 1．1硅模具工艺 硅模具工艺路线是在硅的氧化层上涂覆光刻 胶，其后进行光刻，同时利用HF腐蚀得到Si02图 形，去胶后以si02图形作掩模，进行湿法刻蚀得到 硅图形，由于直接将硅图形作为模具使用，故称之为 硅模具工艺路线。其工艺路线示意图如图1所示。 图1硅模具工艺路线示意图 该路线主要涉及的MEMS加工方法有uV光刻 和硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀。uv光刻利用 紫外光光源代替LIGA技术中的同步x光源进行深 层光刻，其不需要LIGA技术中的同步辐射x光源 和特制的x光掩模板，已经成为一种代替LIGA技 术的具有实用价值的微加工技术[33。 硅MEMS加工技术中的湿法刻蚀的工作原理是 ①863计划MEMS重大专项(2004AM04260)资助项目。 ②男．，1282篷生，硕士生；研究方向：微机电系统；联系人，E-mail：xiaorisong@eyou．tom，xiaorisong@163．corn (收稿日期：2005聊—04) —·-——368·--—— 万方数据