DEM 技术采用硅深层刻蚀工艺取代 LIGA 技术的 X 光光刻工艺，无光刻胶与基板的结合力问题，成品率较高，其最小线宽可达 2µm,优于UV-LIGA 技术，采用硅模具进行微复制工艺的前期开发可大大降低LIGA技术的开发成本，DEM 技术适用于对成品率要求较高的生物芯片模具的制备。
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： 1kW,
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： 2 µ m, 对准精度： l µ m
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： 50 nm/min
可选用 SF6、CHF3、02 等作为刻蚀气体
微结构模具电铸系统： 自制
可实现镍、铜和铁镍合金的电铸；
镀速： 0.02-0.05mm/hr
流量： 0.5- 21/ min 搅拌，速率： 20-100 次／min
电铸温度：RT-70 °C , 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- MJ S2
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：0.1nm/6.5µm, 1nm/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
1、硅深层刻蚀工艺
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预先准备表面氧化的低阻硅片（电阻率<1Ω cm) ;
-
用反应离子刻蚀机 (RIE) 刻去反面的 SiO2；
-
在反面溅射 0.1 微米 Cr 金属层；
-
在 Cr 金属层上甩 3-5 微米聚酰亚胺涂料，然后固化；
-
在正面上甩 2µm 正胶，曝光，显 影；
-
用 RIE 刻去图形中露出的 SiO2，
以光刻胶和氧化硅层作为掩模，用中科院上海微系统所进口的 ICP 刻蚀机进行硅深刻蚀，得到所需的硅微结构；
2、模具电铸工艺
电铸前先用浓H2S04+ H2O2去除光刻胶，并将ICP 刻蚀好的硅片用RIE进行活化，电极从硅片背面引入。
-
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°C ，PH 值：4.5-5.0 ,
镀速： 0.15-0.4µm/min
厚度范围： 60 —2000 µm
-
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： 0.2-0.5 µm/min
镀层厚度范围： 30—1200 µm
加工时间： 按照镀层厚度从 1 天到 10 天不等
-
微电铸银铁合金：
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
-
样品后处理
将硅片敲碎，剩余的硅片在 80°C下用 40％的 KOH 溶液去除，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。
3、微复制工艺
-
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；
-
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；
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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，对应千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= l65.0deg}
Temperature>={Temperature=155.0deg ,Channel=3}
Heating{Top=l60.0deg, Bottom=160.0deg}
WaitingTime{Time=30.00s}
Force-Force controlled{Force= l00N ,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= l00N ,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
[°C]
|
模压压力
[N]
|
模压时间
[sec]
|
脱模温度
[°C]
|
|
PMMA
|
160
|
5000
|
60
|
60
|
|
PC
|
200
|
6000
|
50
|
120
|
|
PVC
|
14 0
|
4 000
|
60
|
60
|
|
PS
|
130
|
5000
|
60
|
60
|
三、结果
DEM 技术目前达到的技术指标为：
最小线宽： 2µ m
最大深度：200 µ m
深宽比（硅）：20
深宽比（金属）：15
深宽比（塑料）：10
