CN1272671C - 基于厚胶光刻的三维微结构加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于厚胶光刻的三维微结构加工方法。用于微机电系统领域。本发明绘制所需要的图形结构的平面图，制作掩模版；在基底上形成一层厚度均匀的厚胶；在紫外曝光机上进行接触式曝光；在后烘过程中，对厚胶表面施加压力、剪切力、扭转力中的一种或者这几种力的组合外力中的一种；显影得到三维微结构图形。本发明成功地解决了复杂三维模型加工制作的方法，且方法灵活性高，可靠，具有很强的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种三维微结构加工方法，具体是一种基于厚胶光刻的三维微结构加工方法。用于微机电系统领域。
背景技术
随着微机电系统(MEMS)技术日新月异的发展。对MEMS的加工技术要求越来越高。复杂的三维微结构也越来越多地被应用在MEMS器件的制作上。特别是在微镜的制作上广泛应用许多复杂的三维微结构。目前的生产方法为产生梯度折射率的离子扩散法，热熔法，使用光敏玻璃的光雕法和光刻法。目前常用的是热熔技术加工微透镜。
经文献检索发现，Reinhard Voelkel等人在《Lithographic and MicromachiningTechniques for Optical Component Fabrication》，SPIE Vol.4440(2001)pp40-43页上撰文：“Fabrication of aspherical microlenses in fused silica and silicon”(在氧化硅和硅上的非球面镜微透镜的制造，《用于光学元器件制造的光刻和微机械技术》)。该文介绍了通过紫外光光刻，热熔，反应离子刻蚀的方法制作微透镜阵列，包含三个工艺：先在光刻胶上用紫外光光刻出图形，厚度一般从1um到50um。然后通过热熔的方法加热光刻胶，在表面张力下形成透镜，最后通过反应离子刻蚀加工得到了透镜。通过这种方法，得到了直径从100um到1.5mm，下沉2到50um，非球面系数-0.5到-5.2的透镜。但这种方法的缺陷在于，不能加工更复杂的三维图形，而且如果要制作性能更优良的透镜，就必须精确控制工艺或者在后期采用光刻等方法再加工。工序复杂昂贵而且可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种基于厚胶光刻的三维微结构加工方法，使其有效弥补了热熔技术制作三维立体结构的不足，除了可以加工透镜外，还可以产生各种复杂的三维图形如螺旋形图形等。
本发明是通过以下技术方案实现的：首先根据设计的图形制作掩膜板。然后在基片上涂敷厚胶，接着进行紫外曝光，在后烘的时候施加外力。进行显影，从而得到三维微结构。
以下对本发明作进一步的说明，步骤如下：
(1)绘制所需要的图形结构的平面图，制作掩模版；
(2)在基底上形成一层厚度均匀的厚胶；
(3)在紫外曝光机上进行接触式曝光；
(4)在后烘过程中，对厚胶表面施加压力、剪切力、扭转力中的一种或者这几种力的组合外力中的一种；
(5)显影得到三维微结构图形。
本发明具有显著效果，后烘的时候给厚胶表面施加压力、剪切力、扭转力、以及这几种力的组合外力中的一种，通过控制力的大小做出不同的三维微结构，然后通过显影获得最终的复杂三维微结构。本发明成功地解决了复杂三维模型加工制作的方法，且方法灵活性高，可靠，具有很强的使用价值。
具体实施方式
以下结合本发明方法提供以下实施例：
本实施例要求制作侧壁为圆弧的三维微结构。
绘制所要图形的平面图，并制作掩模板。
清洗基片，依次分别用丙酮，无水乙醇和清水超声清洗各10分钟。然后在烘箱用95摄氏度烘半小时，180摄氏度烘2小时，去除水汽。
在基片上甩上一层SU-8胶，转速为700转/分钟。
在烘箱中前烘，要求为以60度烘30分钟，95度烘一小时，然后随炉冷却至室温；
把SU-8胶切成250um厚，要求胶表面切得平整。
用紫外线曝光机对厚胶SU-8进行接触型曝光。曝光光强在365nm波长为8mW/cm2，曝光时间为200秒。
曝光后得到的基片，在后烘的时候，采用模压机对厚胶施加向下20N的压力，使SU-8胶产生变形，形成圆弧结构。后烘的温度要求为60摄氏度20分钟，85摄氏度烘40分钟。
对基片在MICROCHEM公司提供的显影液中进行显影，要求为：粗显影10分钟，加兆声显影5分钟，搁置3分钟。然后取出在甩干机中以1500转/分钟的速度甩干。得到所需要的三维微结构。
本加工方法实施简单，使制作复杂三维微结构的过程变得简单。
Claims (6)
1、一种基于厚胶光刻的三维微结构加工方法，其特征在于，
(1)绘制所需要的图形结构的平面图，制作掩模版；
(2)在基底上形成一层厚度均匀的厚胶；
(3)在紫外曝光机上进行接触式曝光；
(4)在后烘过程中，对厚胶表面施加压力；
(5)显影得到三维微结构图形。
2、根据权利要求1所述的基于厚胶光刻的三维微结构加工方法，其特征是，所述的在基底上形成一层厚度均匀的厚胶是指：先清洗基片，依次分别用丙酮，无水乙醇和清水超声清洗各10分钟，然后在烘箱用95摄氏度烘半小时，180摄氏度烘2小时，去除水汽，在基片上甩上一层厚胶，转速为700转/分钟。
3、根据权利要求1所述的基于厚胶光刻的三维微结构加工方法，其特征是，所述的在紫外曝光机上进行接触式曝光是指：用紫外线曝光机对厚胶进行接触型曝光，曝光光强在365nm波长为8mW/cm2，曝光时间为200秒。
4、根据权利要求1所述的基于厚胶光刻的三维微结构加工方法，其特征是，所述的在后烘过程中，采用模压机对厚胶施加向下20N的压力，使厚胶产生变形，形成圆弧结构。
5、根据权利要求1或者4所述的基于厚胶光刻的三维微结构加工方法，其特征是，所述的在后烘过程中，后烘的温度要求为60摄氏度烘20分钟，85摄氏度烘40分钟。
6、根据权利要求1所述的基于厚胶光刻的三维微结构加工方法，其特征是，所述的显影是指：对基片在显影液中进行显影要求为：粗显影10分钟，加兆声显影5分钟，搁置3分钟，然后取出再甩干，得到所需要的三维微结构。
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