维普资讯http://www.cqvip.com 第1期 李以贵等:基于同步辐射光刻的三维微细加工方法 面精度的影响。由于菲涅耳衍射,随着光刻深度的直径可在10~150mm的范围内自由变化,而针尖的 增加,靠近衬底的图形宽度将增大,而且深度越大,直径最小可低于100nm,保证了穿刺效果。 影响也越大。光刻深度的增加也将影响上表面的 精度,在光刻深度比较小的时候,光刻胶上表面的 图形宽度将变大,但是随着光刻深度的增加,图形 宽度在上表面逐渐变小,衬底上产生的二次电子对 于光刻精度的影响不大,图形精度均能达到亚微米 △▲ 量级 2)机械因素:扫描台运动的非线性,曝光量 图3(a)为制造实心微针阵列 深度关系的非线性 而设计的三角形掩膜板图形 如图2所示为曝光量和PMMA刻蚀深度存 Fig 3(a) Triangle mask pattern for fabrication 在着非线性关系。 micro needle without hole 350 250 图3(b)为制造实心微针阵列而设计的 00020.040060080.100.12 曝光量/(A·h) Fg3(b曲线补偿掩膜板的掩膜板图形 图2曝光量和PMMA刻蚀深度存在着非线性关系 micro needle without hole Fig 2 Nonlinear relation between exposure dose and PMMa etching dept 3.2补偿掩膜板的设计与实验结果 为了量化实际制造的三维PMMA微结构的 误差,要求计算X射线吸收能量分布与微结构的 结构形状数据。通过计算曝光量和PMMA刻蚀 深度公式(1)来补偿掩膜板的设计。系数1.456 2.10,9.726,2.613是由图2曝光量E和PMMA 刻蚀深度f(h)的非线性关系中得出的 图4(a)三角形掩膜板图形制造的的实心微针阵列 f(h)=1.465E3+2.10Eh+9.726E7 Fig 4(a) Fabricated micro needle without h2+2.613Eh3 图3(a)是为制造实心微针阵列而设计的三角 形掩膜板图形;图3(b)是为制造实心微针阵列而 设计的曲线补偿掩膜板的掩膜板图形。图4(a)为 角形掩膜板图形制造的实心微针阵列;图4(b) 为用半圆掩膜板图形制造的实心微针阵列。实验 证实,这组微针可有效地穿透人体皮肤,吸取并传 递裂缝间的流体至微通道中 k20,山p19 利用该工艺制作的PMMA微针,其允许可靠制 作长度范围在100~750pm。此方法的优势在于利 图4(b)用半圆掩膜板图形制造的的实心微针阵列 用了X射线光刻工艺,通过改变掩膜板的图形,可 Fig 4(b) Fabricated micro needle without 以方便地改变微针的直径和密度。实验中,微针的 hole using semi-circle mask pattern第 1期 李以贵 等 ：基 于同步辐射光刻 的三维微细加工方法 面精度的影响。由于菲涅耳衍射 ，随着光刻深度的 增加 ，靠近衬底的图形宽度将增大 ，而且深度越大 ， 影响也越大 。光刻深度 的增加 也将影响上表面的 精度 ，在光刻深度 比较小的时候 ，光刻胶上表面的 图形宽度将变大 ，但是随着光刻深度的增加 ，图形 宽度在上表面逐渐变小 ，衬底上产生 的二次电子对 于光刻精度的影响不大 ，图形精度均能达到亚微米 量级 。 2)机械因素 ：扫描 台运动 的非线性 ，曝光量一 深度关系的非线性。 如图 2所示为曝光量 和 PMMA刻蚀深度存 在着非线性关系 。 量 i 越 | — — — 一 ／ ／ ／ ／ ． ． ． ． 0 002 0．04 006 008 0．10 0 12 曝光量，(A·h) 图 2 曝光量和 PMMA刻蚀深度存在着非线性关系 Fig．2 Nonlinearrelationbetween exposure doseand PM M A etching depth 3．2 补偿 掩膜 板 的设 计 与实验 结果 一 为了量化实际制造 的三维 PMMA微结构 的 误差 ，要求计算 X射线 吸收能量分 布与微结构 的 结构形状数据 。通 过计算 曝光量 和 PMMA刻蚀 深度公式 (1)来补偿掩膜板 的设计 。系数 1．456， 2．10，9．726，2．613是 由 图 2曝 光 量 E 和 PMMA 刻蚀深度 f(^)的非线性关系中得 出的。 厂( )一 1．465E一。+ 2．10E一 h+ 9．726E一 · h + 2．613E一。h。 (1) 图 3(a)是为制造实心微针阵列而设计的三角 形掩膜板图形 ；图 3(b)是为制造实心微针 阵列而 设计 的曲线补偿掩膜板的掩膜板 图形 。图 4(a)为 三角形掩 膜板 图形制 造 的实心 微 针 阵列 ；图 4(b) 为用半圆掩膜板 图形制造 的实心微针阵列 。实验 证实，这组微针可有效地穿透人体皮肤 ，吸取并传 递裂缝间的流体至微通道中。 利用该工艺制作的 PMMA微针，其允许可靠制 作长度范围在 100~750tan。此方法的优势在于利 用了 X射线光刻工艺 ，通过改变掩膜板 的图形 ，可 以方便地改变微针的直径和密度。实验 中，微针 的 直径可在 10~ 150／an的范围 内 自由变化 ，而针 尖 的 直径最小可低于 100nIn，保证了穿刺效果。 图 3(a) 为制造实心微 针阵列 而设计 的三角形掩膜板 图形 Fig．3(a) Trianglemask pattern forfabrication m icro needlewithouthole 图 3(b) 为制造实心微针阵列而设计 的 曲线补偿掩膜板 的掩膜板 图形 Fig．3(b) Compensationm ask pattern forfabrication micro needlewithouthole 图 4(a) 三角形掩 膜板图形 制造的的实心微针 阵列 Fig．4(a) Fabricated micro needlewithout holeusing trianglem ask pattern 图 4(b) 用半 圆掩膜板 图形制造 的的实心微针阵列 Fig．4(b) Fabricated micro needlewithout holeusing semi-circlemask pattern 维普资讯 http://www.cqvip.com