[發明專利]基于SU-8厚光刻膠的三維圓滑曲面微結構的制作方法

有效

• 申請號: 201010275953.0
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN101950126A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 李剛;陳強;沈念;趙建龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;B81C1/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

技術領域

本發明涉及一種圓滑曲面微結構的制作方法，更確切地說涉及基于SU-8厚光刻膠的三維圓滑曲面微結構的制作方法，所述的方法可應用于MEMS(Micro?Electromechanical?System，即微電子機械系統)領域。

背景技術

SU-8膠是一種負性、環氧樹脂型、紫外敏感的厚光刻膠，適于制作高深寬比的微結構，由于其優良的力學、光學性能、抗化學腐蝕性和熱穩定性，近年來SU-8在MEMS領域得到廣泛應用，包括MOEMS(微光機電系統)、微流體、機械、傳感器、執行器、生物芯片、微齒輪以及校準工具等，已成為制作MEMS器件的一種重要結構材料。目前常規SU-8制作工藝都是采用傳統的微電子加工工藝制作，往往具有整齊清晰的邊角，其3D表面通常為長方體形或多面體形。不過，隨著MEMS技術應用的進一步拓展，在實際應用中對SU-8制作工藝提出了更高的要求，需要制作更復雜形狀和結構的微型器件，尤其是具有曲面特征的微結構或微器件(如微透鏡)。針對這種需求有人發展了灰階光掩膜技術，該技術利用具有灰度梯度分布的光掩膜版進行曝光，使得光刻膠因感受不同強度紫外光作用而呈現不同程度交聯或溶解，從而制作得到具有曲面特征的微結構[N.Dumbravescu，“Smooth?3-D?shaping?of?thick?resists?by?means?of?gray?tone?lithography”in：Proceedings?of?the?1999International?Semiconductor?Conference，Sinaia，Romania，1999，pp.217-220.]。但是，灰階光掩膜技術需要昂貴、高分辨率的灰階光掩膜，該類掩膜加工復雜、成本較高，不適于推廣應用。雖然基于正性光刻膠回流技術制作的曲面微結構在一定范圍內可以滿足MEMS制作需要[A.Schilling，R.Merz，C.Ossmann，H.P.Herzig，“Surface?profiles?of?reflow?microlenses?under?the?influence?of?surface?tension?and?gravity”，Optical?Engineering，39(2000)，pp.2171-2176.]，但是由于通常正性光刻膠粘度相對較低，其旋涂厚度往往較小(單次旋涂厚度＜50μm)，限制了可制得的微結構高度，且正性光刻膠材料本身往往易受酸堿或有機試劑侵蝕，應用范圍受到很大局限。因此，需要尋找適于高深寬比結構制作、且物化性質穩定的材料制作曲面微結構。SU-8膠由于其優良的物理、化學性質，與傳統微電子工藝兼容和適于制作高深寬比結構的特點，使其成為曲面微結構制作的最佳候選材料。但是，由于交聯后的SU-8材料玻璃化溫度很高，接近其碳化熱解溫度，使其很難采用正性光刻膠回流方法，即通過光刻、顯影、回流的流程，制作SU-8曲面結構。因此，針對三維曲面結構制作的需求，迫切需要發展新的、工藝簡單、成本低廉的SU-8曲面制作方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于SU-8厚光刻膠的三維圓滑曲面微結構的制作方法，以拓展SU-8厚光刻膠在MEMS領域的應用以及促進新型MEMS器件的開發。

本發明提供的一種基于SU-8厚光刻膠的三維圓滑曲面微結構的制作方法，其特征在于：所述制作方法以負性厚光刻膠SU-8為圓滑曲面微結構的制作材料，首先通過常規光刻工藝制作SU-8原模，并在此原模上澆注PDMS制作母模，然后利用壓模技術通過PDMS母模將原模結構轉移形成未經曝光交聯的SU-8陽模，最后將此SU-8陽模置于高溫環境中經回流形成具有圓滑曲面特征的微結構。