微纳测试与表征技术是微纳加工技术的基础与前提,它包括在微纳器件的设计、制造和系统集成过程中,对各种参量进行微米/纳米检测的技术。微米测量主要服务于精密制造和微加工技术,目标是获得微米级测量精度,或表征微结构的几何、机械及力学特性;纳米测量则主要服务于材料工程和纳米科学,特别是纳米材料,目标是获得材料的结构、地貌和成分的信息。在半导体领域人们所关心的与尺寸测量有关的参数主要包括:特征尺寸或线宽、重合度、薄膜的厚度和表面的糙度等等。未来,微纳测试与表征技术正朝着从二维到三维、从表面到内部、从静态到动态、从单参量到多参量耦合、从封装前到封装后的方向发展。探索新的测量原理、测试方法和表征技术,发展微纳加工及制造实时在线测试方法和微纳器件质量快速检测系统已成为了微纳测试与表征的主要发展趋势。不同的表面微纳结构可以呈现出相应的功能,随着科技的发展,不同功能的微纳结构及器件将会得到更多的应用。目前表面功能微纳结构及器件,诸如超材料、超表面等充满“神奇”力量的结构或器件,的发展仍受到微纳加工技术的限制。因此,研究功能微纳结构及器件需要从微纳结构的加工技术方面进行广深入的研究。 高精度的微细结构可以通过电子束直写或激光直写制作。开封激光微纳加工
微纳米科技发展迅速,是多学科交叉应用的前沿科学技术。微机电系统、微光电系统、生物微机电系统等是微纳米技术的重要应用领域。微纳结构器件是系统重要的组成部分,其制造的质量、效率和成本直接影响着行业的发展。在微纳结构器件制造中,聚合物材料具有成本低、机械性能优、加工效率高,生物兼容性好等明显优势,以热塑性聚合物为基材开发微纳结构器件是微纳米技术的研究热点和重要发展方向之一。聚合物微纳制造技术,集现代超精密加工、MEMS技术、NAMS技术、微纳测量技术、智能控制技术等杰出技术之大成,赋予人类在微纳米尺度对聚合物制件进行设计,并批量制备特征尺寸在数十纳米到数十微米的微纳几何结构及其阵列的能力。聚合物微纳米制造技术,不仅是对传统塑料加工方法的挑战,也是对传统机械加工方法和测控技术极限的挑战,属聚合物加工领域的技术前沿,值得广大从事聚合物加工的科研人员共同付出努力。潍坊高精度微纳加工微纳加工平台支持基础信息器件与系统等多领域、交叉学科,开展前沿信息科学研究和技术开发。
微纳加工氧化工艺是在高温下,衬底的硅直接与O2发生反应生成SiO2,后续O2通过SiO2层扩散到Si/SiO2界面,继续与Si发生反应增加SiO2薄膜的厚度,生成1个单位厚度的SiO2薄膜,需要消耗0.445单位厚度的Si衬底;相对CVD工艺而言,氧化工艺可以制作更加致密的SiO2薄膜,有利于与其他材料制作更加牢固可靠的结构层,提高MEMS器件的可靠性。同时致密的SiO2薄膜有利于提高与其它材料的湿法刻蚀选择比,提高刻蚀加工精度,制作更加精密的MEMS器件。同时氧化工艺一般采用传统的炉管设备来制作,成本低,产量大,一次作业100片以上,SiO2薄膜一致性也可以做到更高+/-3%以内。
通过在聚合物表面构造微纳米尺度结构及其阵列,可以得到聚合物微纳结构制件,不同种类的微纳结构赋予聚合物制件许多特殊的功能。如具有微槽流道的微流控生物芯片;具有微纳透镜阵列的光学元件,如导光板、偏光板等;具有仿生微结构的疏水薄膜以及具有高深宽比V槽结构的微结构换热器等。上述微结构制件在生物医学分析、药物开发、无痛给药、微反应过程、LCD显示器关键光学材料、高效换热等场合发挥了重要的作用。随着聚合物成型方法的不断成熟与发展,聚合物微结构器件的种类和应用范围也随之丰富与扩大。未来几年微纳制造系统和平台的发展前景包括的方面:智能的、可升级的和适应性强的微纳制造系统。
高精度的微细结构可以通过电子束直写或激光直写制作,这类光刻技术,像“写字”一样,通过控制聚焦电子束(光束)移动书写图案进行曝光,具有很高的曝光精度,但这两种方法制作效率极低,尤其在大面积制作方面捉襟见肘,目前直写光刻技术适用于小面积的微纳结构制作。近年来,三维浮雕微纳结构的需求越来越大,如闪耀光栅、菲涅尔透镜、多台阶微光学元件等。据悉,苹果公司新上市的手机产品中人脸识别模块就采用了多台阶微光学元件,以及当下如火如荼的无人驾驶技术中激光雷达光学系统也用到了复杂的微光学元件。这类精密的微纳结构光学元件需采用灰度光刻技术进行制作。直写技术,通过在光束移动过程中进行相应的曝光能量调节,可以实现良好的灰度光刻能力。 在硅材料刻蚀当中,硅针的刻蚀需要用到各向同性刻蚀,硅柱的刻蚀需要用到各项异性刻蚀。潍坊高精度微纳加工
机械微加工是微纳制造中较方便,也较接近传统材料加工方式的微成型技术。开封激光微纳加工
在光刻图案化工艺中,首先将光刻胶涂在硅片上形成一层薄膜。接着在复杂的曝光装置中,光线通过一个具有特定图案的掩模投射到光刻胶上。曝光区域的光刻胶发生化学变化,在随后的化学显影过程中被去除。较后掩模的图案就被转移到了光刻胶膜上。而在随后的蚀刻 或离子注入工艺中,会对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀,较后洗去剩余光刻胶。这时光刻胶的图案就被转移到下层的薄膜上,这种薄膜图案化的过程经过多次迭代,联同其他多个物理过程,便产生集成电路。开封激光微纳加工