Micro-Mauerwerk für 3D-Additive Mikroproduktion

Ziel dieses Verfahrens ist es, eine auf Transferdruck basierende Mikrobaugruppe, die als Mikromauerwerk bezeichnet wird, für die dreidimensionale additive Mikrofertigung zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem zunächst Silikon- oder Gold-Mikroobjekte, sogenannte Tinten, auf Donorsubstraten so präpariert werden, dass sie auf gemusterten Fotolackträgern aufgehängt werden. Der zweite Schritt besteht darin, einen elastomeren Mikrospitzenstempel präzise auf eine Tinte auszurichten und eine Vorspannung mit vordefinierter Kraft auf den Stempel aufzubringen, um eine klebende Kontaktfläche zu bilden.

Zwischendurch hat sich der Stempel dann schnell zurückgezogen, um die Tinte herauszuholen. Anschließend werden der Stempel und die entnommene Tinte auf ein Empfängersubstrat übertragen, wo die Tinte sanft auf den Zielbereich gedruckt wird. Mit der kleinen Vorspannung wird der Stempel dann langsam zurückgezogen, so dass die Tinte auf dem Empfängersubstrat verbleibt.

Der letzte Schritt ist das schnelle thermische Eeling des Empfängersubstrats, um die gedruckte Farbe und das Substrat dauerhaft zu verbinden. Abschließend wird dieses Transferdruckverfahren so lange wiederholt, bis eine gewünschte 3D-Mikrostruktur fertiggestellt ist. In diesem Fall wird eine Mikro-Teekanne ausschließlich durch Mikromauerwerk hergestellt, um ihre Leistungsfähigkeit zu demonstrieren.

Der Hauptvorteil dieser Mikromauerwerkstechnik gegenüber herkömmlicher monolithischer Mikrofabrikation besteht darin, dass sie auf sehr einfache Weise heterogene dreidimensionale Mikrostrukturen erzeugen kann, während Kinder mit Legosteinen spielen, was sonst sehr schwierig zu erreichen wäre. Die visuelle Demonstration der Methode ist aufgrund ihrer parallelen Schritte sehr wichtig. Das visuelle Beobachten dieser Technik sollte alle Unklarheiten klären, die die Betrachter möglicherweise haben, um diesen Vorgang zu beginnen.

Entwerfen Sie drei Masken für die Herstellung von Tinten auf einem Donorsubstrat. Wie im Textprotokoll beschrieben, wird auf einem SOI-Wafer mit einer Bauteilschicht von drei Mikrometern und einer Oxidschicht von einem Mikrometer eine Spin-Coat-Fotolackierung AZ 5 2 14 bei 3000 U/min für 30 Sekunden hergestellt. Um eine Dicke des Fotolacks von 1,5 Mikrometern zu erreichen, erhitzen Sie den Wafer eine Minute lang auf einer 110 Grad Celsius heißen Platte und belichten Sie ihn mit dem Maskenaligner, belichten Sie ihn mit der ersten Maske und entwickeln Sie ihn mit dem MIF 3 2 7 Entwickler unter Verwendung eines reaktiven IN-Ätzinstrumentenmusters.

Die Geräteschicht des SOI-Wafers und entfernen Sie die Fotolackmaske. Nach diesem Schritt hat der geätzte Bereich die Kastenoxidschicht freigelegt. Als nächstes drehen Sie die Fotowiderstände vor und mustern Sie sie mit Maske zwei.

Erhitzen Sie dann den Wafer 90 Sekunden lang auf 125 Grad Celsius Tauchen Sie den Wafer auf einer Heizplatte 50 Sekunden lang in 49 % Fluorwasserstoff, um die freiliegende Box-Oxidschicht zu ätzen. Nach dem vollständigen Trocknen das Abdeckfoto entfernen, dem Schleudermantel erneut widerstehen und mit Maske drei mustern. Anschließend erhitzt du den Wafer auf einer heißen Platte bei 125 Grad Celsius.

Tauchen Sie den Wafer nach 90 Sekunden 50 Minuten lang in 49 % Fluorwasserstoff. Dieser Schritt ätzt die Box-Oxidschicht, die unter dem Silizium der Musterbauelementschicht verbleibt, was zu suspendiertem Silizium führt. Einzelne Einheiten auf dem Fotolack.

Der nächste Schritt besteht darin, die Form für einen Mikrospitzenstempel herzustellen und einen Mikrospitzenstempel zu duplizieren, wie im Textprotokoll beschrieben. Um den Druckvorgang zu starten, legen Sie das Donorsubstrat auf die motorisierten, rotierenden und XY-Translationstische, die mit dem Mikroskop ausgestattet sind. Befestigen Sie dann den Mikrospitzenstempel an einem unabhängigen vertikalen Translationstisch.

Sobald das Donorsubstrat und der Mikrospitzenstempel geladen sind, bedienen Sie die motorisierten Translationstische unter dem Mikroskop. Richten Sie den Mikrospitzenstempel mit der Silikontinte auf dem Donorsubstrat aus, indem Sie Translations- und Rotationstische verwenden. Bringen Sie anschließend den Mikrotipp-Stempel nach unten, um Kontakt herzustellen.

Bringen Sie den Mikrospitzenstempel nach dem ersten Kontakt langsam weiter nach unten, so dass die kleinen Spitzen vollständig zusammengeklappt sind und die gesamte Oberfläche mit der Silikontinte auf dem Donorsubstrat in Kontakt kommt. Heben Sie anschließend schnell die Z-Stufe an und brechen Sie die Anker aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen dem Mikrochip-Stempel und der Silikontinte. Um die Silikontinte aus dem Donorsubstrat zu entnehmen und sie an den Mikrotip-Stempel anzubringen, platzieren Sie das Empfängersubstrat auf einem XY-Translationstisch und richten Sie die entnommene Silikontinte unter dem Mikrotip-Stempel an der gewünschten Stelle aus, um den Z-Tisch zu senden, bis die entnommene Silikontinte kaum noch Kontakt mit dem Empfängersubstrat hat.

Heben Sie nach dem Kontakt den Z-Tisch langsam an, um die Silikontinte freizusetzen, und drucken Sie sie an der gewünschten Stelle. Nächstes Programm, eine schnelle Thermik, ein kniender Ofen, um in 90 Sekunden von Raumtemperatur auf 950 Grad Celsius zu wechseln. Bleiben Sie 10 Minuten lang bei 950 Grad Celsius und kühlen Sie dann auf Raumtemperatur ab.

Platzieren Sie das gedruckte Receiver-Substrat in einer Umgebungsluftumgebung und knien Sie 10 Minuten lang bei 950 Grad Celsius, um die Silizium-Silizium-Verklebung zu ermöglichen. Um ihre Leistungsfähigkeit zu demonstrieren, wird eine Mikro-Teekanne ausschließlich durch Mikromauerwerk hergestellt. Diese optisch-mikroskopische Aufnahme zeigt hergestellte Siliziumtinten auf einem Donorsubstrat.

Bei den entworfenen Tinten handelt es sich um unterschiedlich dimensionierte Scheiben aus einkristallinem Silizium, die die Bausteine der Mikro-Teekanne sind. Sobald ein Donorsubstrat unabhängig voneinander vorbereitet ist, werden die Discs auf ein Empfängersubstrat übertragen und Schicht für Schicht mit einem Mikrospitzenstempel gekniet. Der innere Bereich der Mikro-Teekanne ist hohl, wie an jeder zusammengesetzten Scheibe zu erkennen ist.

Die Zartheit von Mikro-Maurer-Reprozessen wird auch durch Transferdruck und ein kniendes, ziemlich exquisites photonisches Kristallplättchen getestet. Photonische Plättchenoberflächen werden mit Nano-Imprint-Lithographie strukturiert und als übertragbare Tinten auf einem Donorsubstrat hergestellt. Sobald die Tinte vollständig vorbereitet ist, wird das photonische Kristallplättchen auf vier Siliziumringe mit einer Dicke von 50 Mikrometern übertragen, wodurch eine tabellenähnliche Konfiguration gebildet wird. Hier sind Beispiele für Mikromauerwerk, das zur Montage dünner Goldfilme verwendet wird.

Diese mikroskopische Optischaufnahme zeigt die präparierten 400 Nanometer dicken Goldfilme auf einem Donorsubstrat. Diese Tinten werden weiterverarbeitet und getestet, um den Druck sowohl auf eine Goldoberfläche als auch auf eine Silikonoberfläche zu übertragen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Mikrostrukturen mit Micro Mason D zusammenbaut, und Sie sollten in der Lage sein, diese Technik anzuwenden, um ansprechendere dreidimensionale Mikrogerätestrukturen zu bauen.

Einmal gemeistert, sollte diese Technik durch ihren parallelen Prozesscharakter im Vergleich zu anderen sequentiellen Mikrofertigungsprozessen die Gesamtfertigungszeit reduzieren. Wir danken New Mattered und Professor Ferreira für ihre Hilfe bei automatisierten Transferdruckprozessen und Mickey Dki für die Hilfe im MNMS-Reinraum an der UIUC.