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UV-LIGA 技术采用基于SU8光刻胶的厚胶紫外光刻工艺，大大降低了 LIGA 技术的加工成本，缩短了加工周期，并且可以制备台阶微结构，但其技术指标低于同步辐射LIGA技术，适用于加工深度小于500μm，线宽大于5μm，深宽比小于20的微结构。
一、 设备情况
溅射机： 德国 Laybold-Heraus 公司 Z-550
可进行直流、交流溅射，靶材有 Cu、Cr、Fe-Ni、Ti、Au 等
本底真空：2×10-6 mbar，射频最大功率：2.5 kW，直流最大功率：1 kW， 沉积速率：20-60nm/分钟
容量：3 英寸硅片 13 片
厚胶甩胶台：德国 Karl Suss 公司 RC8
可进行厚光刻胶的制备，具有程控功能
可用最大工作尺寸：3"，最大转速：5000rpm
时间范围：0－999s
双面光刻机：德国 Karl Suss 公司 MA6
可进行正面和反面对准曝光，
最小线宽：2μm，对准精度：1μm
精密铣切机：德国 Leica 公司 SP2600 可进行光刻胶表面的铣切；
最小进刀步长：1μm
兆声显影机：德国 Megasonic 公司
可实现高深宽比阴图形微结构的显影频率：1MHz
反应离子刻蚀机：法国 Alcatel 公司 Nextral 100
可实现硅、氧化硅、PMMA、玻璃等材料的刻蚀，用于制备深刻蚀掩膜和电
铸前的活化；
刻蚀速率：50nm/min
可选用 SF6、CHF3、O2 等作为刻蚀气体
微结构模具电铸系统：自制可实现铜和镍的电铸； 镀速： 0.02-0.05mm/hr
流量： 0.5－2l/ min 搅拌，速率： 20－100 次/min 电铸温度： RT－70℃，温度控制精度：0.10℃
真空热压机：德国 JENOPTIK 公司 HEX01/C
可进行热塑性塑料微结构的批量加工，其特色是在模压过程中可抽真空； 最大压力 20kN，最高热压温度 210℃
测量显微镜：日本 OLYMPUS 公司 STM-MJS2
可进行微结构形貌观察和三维长度测试； 测量精度： 1μm
表面轮廓仪：美国 Veeco 公司 Dektak 6M
可进行微结构表面轮廓和结构厚度的测试；
垂直测量距离：1mm， 精度：0.1 nm/6.5μm, 1 nm/65μm, 16nm/1mm 扫描长度：50μm－30mm
扫描电镜：日本 Hitachi 公司 SP2600
可进行微结构形貌观察和拍照；
最大加速电压：25kV，最大放大倍数：20 万倍，分辨率 5nm
附带 ADDA,数模转换器，模拟信号可转化为数字信号进行处理
二、 工艺流程
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紫外厚胶光刻工艺
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对硅片或玻璃片（厚度大于 1mm）进行清洗，并在 180℃烘 4 个小时以上以去除表面水分子；
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硅片一面溅射 2μm 左右厚的金属钛薄膜并进行湿法氧化发黑处理；
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再次对其进行清洗并 180℃烘 4 个小时以上；
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利用厚胶甩胶机在基片表面旋涂所需要厚度的 SU-8 胶；
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利用程控烘箱或者热板对SU-8胶进行前烘处理。
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用精密铣床切除由于边珠效应（edge bead effect）造成的边缘较厚的部分，获得相对平整的SU-8胶平面和所需的厚度；
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利用光学掩模，在 SUSS MA6 紫外光刻机上进行接触式曝光；
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对曝光后的 SU-8 胶进行后烘热处理，得到交联的 SU-8 胶结构；
-
显影，得到光刻胶图形，对高深宽比阴图形要使用兆声显影设备。
表 1：不同厚度 SU8 光刻工艺参数
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模具电铸工艺
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微电铸镍：
电解液类型：改良瓦特镍镀液体系
镀液工作条件：温度：50－60℃，PH 值：4.5-5.0, 镀速：0.15-0.4μm/min
厚度范围：60－2000μm
-
微电铸铜
镀液类型：高分散性酸性镀铜液体系，
镀液工作条件：室温，强酸环境，在强酸性环境中不稳定的材料不能直接作为基体材料使用。
镀速：0.2-0.5μm/min
镀层厚度范围：30－1200μm
加工时间：按照镀层厚度从 1 天到 10 天不等
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微电铸镍铁合金：
电解液类型：硫酸盐型稀溶液
镀液工作条件：温度：50－60℃，PH 值：4.5-5.0, 镀速：0.05-0.2μm/min
厚度范围：40－300μm
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样品后处理
将玻璃片或硅片敲碎，剩余的硅片在 80℃下用 40%的 KOH 溶液去除，玻璃片用 10%HF 去除；用自己开发出的 SU-8 去胶液去除 SU8 光刻胶，将金属模具的背面和边缘用砂轮磨平，线切割后获得金属微结构模具。
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微复制工艺
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将模具固定在真空热压机上，底部放上待模压的塑料片，如 PMMA、PC、PS、PVC 等；
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关闭模腔并抽真空；
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加接触力 200N；
-
上下热板加热至所需温度并等待 30 秒；
-
在一定的速度下加压力并保持一定的时间；
-
降温至脱模温度；
-
在一定的速度下脱模；
-
模腔充气
-
打开模腔，取出塑料样品。
模压系统在模压时，是自动执行命令的，对应于上述工艺步骤的一段典型命令流如下：
Initialize Force control {true/false=0} Close chamber{}
Evacuate chamber{} Touch Force {Force=200}
Heating {Top=165.0deg, Bottom=165.0deg}
Temperature>={Temperature=155.0deg,Channel=3} Heating{Top=160.0deg, Bottom=160.0deg}
Waiting Time{Time=30.00s}
Force-Force controlled{Force=1000N,velocity=0.50000mm/min} Waiting Time{Time=60.00s} Cooling{Top=60.00deg,Bottom=60.00deg} Temperature<={Temperature=66.0deg,Channel=3}
Force-Force controlled{Force=100N,velocity=0.50000mm/min} Waiting Time{Time=30.00s}
Venting Chamber{} Cooling{Top=40.00deg,Bottom=40.00deg} Open chamber{}
Unlock door{}
表 2: 模压工艺参数
|
材料
|
模压温度
[℃]
|
模压压力
[N]
|
模压时间
[sec]
|
脱模温度
[℃]
|
|
PMMA
|
160
|
5000
|
60
|
60
|
|
PC
|
200
|
6000
|
50
|
120
|
|
PVC
|
140
|
4000
|
60
|
60
|
|
PS
|
130
|
5000
|
60
|
60
|
图 1： UV-LIGA 技术工艺路线
三、 结果
-
线宽变化
由于我们目前使用的光刻机含有 g－line、h－line 和 i－line，不是理想的单色 i－line，所以光刻工艺后造成光刻胶变宽，下表为我们目前得到的线宽变化与光刻胶厚度的关系。
表 3: 线宽变化与光刻胶厚度的关系
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光刻胶厚度 [μm]
|
线宽变化 [μm]
|
|
50
|
1
|
|
100
|
2
|
|
200
|
5
|
|
500
|
10
|
-
成品率
对同样宽度的图形，圆柱的成品率要低于线条。表 4：不同厚度 SU8 胶图形成品率
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厚度[μm]
|
圆 柱[μm]
|
线 条[μm]
|
|
100
|
线宽
|
5
|
10
|
20
|
5
|
10
|
20
|
|
成品率
|
7.3％
|
70％
|
100％
|
30％
|
100％
|
100％
|
|
200
|
线宽
|
10
|
20
|
30
|
10
|
20
|
30
|
|
成品率
|
1.8％
|
60％
|
95％
|
28％
|
91％
|
98％
|
|
500
|
线宽
|
25
|
30
|
40
|
25
|
30
|
40
|
|
成品率
|
0％
|
78％
|
96％
|
50％
|
89％
|
100％
|
-
电镜照片
.jpg)
图 3：高度为 200μm 的 SU8 光刻胶电镜照片
