SU--8胶薄膜应力梯度测量方法研究

摘要

SU-8胶是一种在微机电系统(MEMS)中广泛应用的负性光刻胶。由于其独特的光学性能、力学性能和化学性能，以及SU-8胶光刻技术相对于LIGA(lithographie，galvanoformung and abformung)技术成本低，已被广泛的应用于MEMS传感器与执行器的制作中，在微细制造领域正受到了越来越多的关注。在MEMS工艺中， SU-8胶薄膜尤其是作为结构层使用时，其力学性能对MEMS器件制作的成败及性能的好坏至关重要。在MEMS薄膜材料力学参数中，主要包括材料的内应力，应力梯度，泊松比以及杨氏模量等。 本文在基于圆形薄膜结构测量应力梯度原理的基础上提出了一种乒乓球拍形测试结构测量SU-8薄膜的应力梯度，并通过CoventorWare软件对乒乓球拍形结构测量理论的正确性进行了仿真验证。仿真计算得到，当圆膜的最大形变小于圆膜厚度的1/4倍时，应力梯度的测量误差小于1％。 本文还提出了一种基于牺牲层技术的SU-8胶MEMS结构加工工艺，加工出的SU-8乒乓球拍测试结构中没有裂纹，且被释放的结构层未与衬底发生粘连。采用显微干涉技术拍摄测试结构释放后的干涉图，由干涉图通过最小二乘法拟合计算出释放后测试结构的曲率半径，从而计算出应力梯度。显微干涉测量方法属于非接触式测量，不仅重复性好，不会损害测试结构，而且适用于导电材料与非导电材料力学参数的在线测量。 本文分别制作了SU-8胶的乒乓球拍形测试结构和悬臂梁测试结构，并测量计算出它们的应力梯度进行比较，实验结果表明，采用乒乓球拍结构测量应力梯度的重复性很好，而已有的采用悬臂梁测试结构测量应力梯度的重复性较差，因此，乒乓球拍形测试结构要比悬臂梁测试结构更适用于应力梯度测量。 本文还采用微梁旋转法对SU-8薄膜的应力进行了测量。通过显微镜拍摄出形变的照片，测量出SU-8测试结构释放后指针的偏转量，从而计算出SU-8薄膜的应力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 SU-8胶薄膜加工工艺研究的重要意义

1．2 SU-8薄膜力学特性在线测量的重要意义

1．3 国内外研究现状及论文的主要内容

第2章 MEMS薄膜材料应力梯度及应力在线测量方法综述

2．1 MEMS薄膜应力梯度测量方法

2．1．1 光学测量法

2．1．2 静电吸合法

2．2 MEMS薄膜应力测量方法

2．2．1 基片变形法

2．2．2 微梁旋转法

第3章 乒乓球拍测试结构在线测量薄膜应力梯度

3．1 圆形薄膜应力梯度测量原理

3．2 CoventorWare仿真验证

3．3 乒乓球拍测试结构

第4章 SU-8乒乓球拍测试结构与微梁旋转法结构加工

4．1 SU-8加工工艺研究综述

4．1．1 基片清洗工艺的影响

4．1．2 匀胶工艺的影响

4．1．3 前烘工艺的影响

4．1．4 曝光工艺的影响

4．1．5 后烘工艺的影响

4．1．6 显影工艺的影响

4．2 乒乓球拍结构工艺过程

4．2 微梁旋转法测试结构加工工艺

第5章 SU-8胶薄膜应力梯度及应力在线测量

5．1 SU-8薄膜应力梯度测量

5．2 微梁旋转法SU-8应力测量

第6章 总结

6．1 论文工作总结

6．2 有待解决的问题及下一步工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢