软光刻介绍

光刻技术
“光刻” 就是利用某些特 殊的材料（例如光敏性的 光刻胶）在电磁波照射下 发生的物理或化学性质的 变化（例如材料溶解性的 增加或降低）来进行微加 工的技术。
按电磁辐射源的种类来分，光刻技术可分为： 以光子为辐射源：
紫外光-UV（350～450nm ）：0.35～0.25μm 深紫外光-DUV （248 nm和193 nm ） ：O.25～ 0.18μm和0．18μm～90 nm；90～65 nm 极紫外光-EUV （1～25 nm ） ：13～16 nm X-射线（O.8 nm ） ：
PDMS 印模被放置于基底上，然后将预聚物置于 毛细管的一端； 由于毛细作用，预聚物会自发的逐渐充满毛细 管印模； 预聚物必须具有低粘度，且与印模紧密接触 ， 以确保液态预聚物充满毛细管印模； 预聚物充满毛细管印模后，进行固化；
溶剂辅助成模(SAMIM)
用一种聚合物的良溶剂润湿 PDMS 表 面，再将此 PDMS 模板与聚合物表面紧 密接触； 聚合物表面产生一薄层溶解或溶胀 变软并和 PDMS模板形成紧密接触； 溶剂挥发完全后移走 PDMS 模板， 就会得到表面带有图案化的聚合物。 润湿溶剂需能够快速溶解或溶胀聚 合物表面，而不能溶解和溶胀 PDMS 模 板，且能够确保 PDMS 模板和聚合物表 面形成紧密接触。
局限性
利用μTM在基底上形成的微结构会产生一 层0.1微米厚的残留层。这层残留物由预聚物 或模表面构成，该层在电子显微镜下可能不可 见，但是当我们希望用μTM得到的微结构作为 进一步蚀刻的掩膜的时候，残留层会阻止对基 底作进一步蚀刻。通常可以用氧离子刻蚀 (RIE)的方法来消除这层膜。
毛细管成模塑(MIMIC)
④PDMS 是一种耐久性材料，有良好的 绝缘性和热学稳定性，在几个月内可重 复使用 100 次而无明显退化现象，价 格便宜，可大规模生产，制备容易。 ⑤PDMS 具有很好的柔性，这样使得它 可以与相对粗糙的表面很好的接触，这 个特性使得 PDMS 成为一种很好的浇铸 材料。
缺点：
坍塌 重力引起的下垂 收缩
微传递成模(μTM)
• 取一滴预聚物放在图案化的 PDMS 模板表面用另一块平的PDMS 刮走多余 的预聚物，或者用氮气直接吹走表面多 余的预聚物 • 将此表面与一平整的基底紧密接触， 加热或紫外线照射使预聚物固化 • 揭开 PDMS 模板，图案化的聚合物微 结构就会留在基底表面 • PDMS厚度应控制在２ｍｍ以下；以 确保模的柔韧性。
各种软光刻工艺转印精度分布
五、弹性印章的制作
在软光刻中，通常浇铸铸模获得 PDMS 弹性 印模和弹性模。 目前已有快速廉价地制作特征尺寸大于或等 于 20μm 的主模。
具体步骤如下：先用 ConventorWare、AutoCAD 等专业设计软件设计出图案，再用高精度的激光 打印机（3387dpi）将图案打印到透明的聚合物 模上。该方法几小时内就可制得光掩膜。
四、详细的软光刻工艺
软光刻的关键技术: 自组织形成的单层有机膜(SAMs)； 微接触印刷(μCP)； 再铸模(REM)； 微传递成模(μTM)；
毛细管成模(MIMIC)；
溶剂辅助成模(SAMIM)。
自组织形成的单层有机膜(SAMs)
所谓自组织就是指分子或物体通过非共价键作用而 自发形成稳定的、确定的结构。由于最终的结构接 近热动力学平衡，所以能自发形成并阻止缺陷的产 生。 自组织结构比非自组织结构更具有有序性，自组织 是普遍的自然现象：如蛋白质和 tRNA 折叠和 DNA 的双螺旋结构，都显示了其在微制造中的潜力。
微接触印刷(μCP)
微接触印刷技术是一种灵活有效的构造图案化 的自组装单层膜的方法。 印章被置于自组装单层膜上部10-20s 。
弹性体模板被用来将一种“墨水”传递到固体 基底表面，再将此基底用含有另一种“墨水”的溶 液洗涤，在裸露的区域就会自组装上另一种分子。
这种微接触印刷技术可以非常容易的应用到曲 面上。
源自文库该过程只需要不到5分钟时间。
微传递成模(μTM)
优点 • 加工速度快 • 能加工出单独或相连的微结构 • 能在曲面上加工 • 能在大面积上加工三维结构 • 能应用于大量材料（玻璃、银 、金、硅或二氧化硅材料）
多层结构工艺
• 使用一种热凝的环氧树脂 (F109CLR)作为预聚物填充在PDMS模的 凹槽结构中，通过在65度下加热25分 钟，获得复制结构。 • 预聚物的的粘度增加，因此也减少 了在凹槽中的预聚物下陷入前一层的 缝隙中的可能性。 • 整个系统在25℃下静置24小时，然 后将PDMS剥离，就得到了第二层微结 构。 • 重复进行上面的步骤，可获得第三 层微结构。
七、加工设备
弹性模的加工
甩胶台、光刻机、去胶机、烘干炉、显影
软光刻中通常由于图形尺寸较大，可以应用精细 的打印机直接把版图打印在胶片上，再贴在一张玻 璃板上当作光刻版使用，主要为了便宜和快速。当 然，也可以用传统的光刻版。 PDMA弹性模的生成一般是两步，先用传统光刻/光 刻胶（包括SU-8)形成光刻胶的阳模，再到上PDMA， 固化后再把PDMA揭下来
七、加工设备
软光刻工艺
溅射台、钻孔机、紫外炉（紫外灯）、真空烘 箱（200°C）、等离子清洗机、超净台、玻璃 器皿等
八、主要应用
微光学 微流体 传感器
光学谐振器
谢 谢 ！
①它是一种弹性材料，能满足底物表面大面积成 模的要求并与底物有良好接触一致性，能用于非 平面的表面微图案复制。
②其成模界面自由能较低且化学惰性，制 模过程中的吸附底物表面过程可逆，处理 后易于取下；底物与 PDMS 表面不发生化 学反应，这个性质对于微流体沟道来说是 非常重要的。 ③PDMS 是各向同性的，且典型透射可深入 约 300μm，具有良好的光学特性，可应用 于多种光学检测系统。
主要特征是采用 PDMS制成的表面具 有微观图案的印章 或模具来进行微观 结构的复制。 与传统的光刻技术 相比，PDMS 模具的 制备比较容易，而 且成本低。
三、为什么要使用软光刻
传统光刻的局限性
难以突破100nm 的微小尺寸 需要特定的光敏材料才可进行光刻 不适于在曲面上进行 价格昂贵
Norland 紫外固化光学胶 NOA73
NOA73 的化学名称是聚亚胺脂（PolyUrethane）， 通过紫外光固化，对波长为 350nm-380nm 的紫外 光具有最大吸收。 NOA73 粘结物可以用氯基溶液（如亚甲基氯）分离。 NOA73 内含粘结促进剂，对玻璃、玻璃填充、或陶 瓷绑定提供最大粘结力并具有最好的湿气抵抗性。 NOA73 的粘合物开始时能承受-15℃到+60℃温度范 围，老化后为-60℃到+90℃。
软光刻技术
主要内容
什么是PolyMEMS 什么是软光刻 为什么要使用软光刻? 详细的软光刻工艺 弹性模的制作 材料的选取 设备 应用
一、什么是Poly MEMS
Poly MEMS是一种基于电活化聚合物材 料的塑性MEMS技术 PolyMEMS技术是一种典型的非硅制造技 术 主要的加工材料由半导体硅转变为聚合 材料 最典型的加工方法为软光刻
六、材料的选取
考虑因素：①固化方式
②阴模材料聚合收缩率
③结构深宽比 若制作最终光学元件的材料是紫外固化的，常用DOW CORING的SylgardTM184作为制作阴模的硅酮材料，因为该材 料具有很好的光学透过率，且对紫外光也有较好的透过率。 若采用热固化光学树脂作为零件的材料，亦可使用通用电 气公司（GE）的多种热固化树脂（RTV）作为阴模材料。
自组织形成的单层有机膜(SAMs)
自组织单层是非生物系统中，研究得最广泛、发展得 最好得自组织系统。它通常是长链有机分子通过化学吸 附和自组织，自发地在基底表面形成的（如有机硫酸和 二硫化物在金、银表面及红铜和羧酸在铝表面）。
制备方法主要是将一定的基底浸入到含有一定配体的 溶液中或暴露在一定配体的蒸气中。这些配体就会吸附 到基底表面并且自组装成有序结构。
• 用平面印章在平面基底上印刷
• 用滚动印章在平面基底上大面积印刷
• 用平面印章在非平面基底上印刷
再铸模 (REM)
采用传统高精度光刻技术产 生原始印模后，将印模的微 细结构复制在聚合物上。 用紫外照射或加热放射使不 含溶剂的预聚物固化； 预聚物浸注于印模上，然后 固化； 剥离聚合物； 再铸模的优点是一步就可以 制作出复杂的三维结构。
典型材料
聚二甲基硅氧烷(PDMS)
Polydimethylsiloxane (PDMS)中文名为聚二甲 基硅氧烷。它是软光刻技术中最常用的弹性模材 料，相对于其他弹性材料如聚氨酯 （Polyurethanes）、聚酰亚胺（Polyimldes） 和 Novolac 树脂等等
PDMS 具有下面的特点：
Dow Corning Sylgard 184 硅橡胶（PDMS） Dow Corning Sylgard 184 硅橡胶是液体组分套件 产品，包括基本组分(base)与固化剂(curing agent)，基本组分与固化剂按一定比例混合后在 25℃－150℃的温度范围内固化，无放热现象，无需 二次固化。 固化过程完成后，可立即在-55－220℃的温度范围 内使用。
高能粒子为辐射源
（电子和离子）光刻技术。
二、 什么是软光刻
软光刻技术是 1993 年由 美国 Harvard 大学的 Whitesides 研究小组首先 发展的，涉及传统光刻、 有机分子（例如硫醇和硅 氧烷等）自组装、电化学、 聚合物科学等领域的一类 综合性技术的统称。
G.M. Whitesides
三、为什么要使用软光刻

软光刻的优势
能制造复杂的三维结构并且能在不规则曲面上应用; 能够应用于不同化学性质表面,并且可以根据需要改变材料表 面的化学性质; 能够应用于多种材料, 例如: 生物材料聚合物、胶体材料、 玻璃、陶瓷等; 没有光散射带来的精度限制,能达到30nm～1μm 级的微小尺寸 需要设备较为简单, 在普通的实验室环境下就能应用, 是一种 便宜的, 方便的, 适于实验室使用的技术。