3D添加Micromanufacturing用マイクロ石積み

この手順の目的は、3次元積層造形のためのマイクロメーソンリーと呼ばれる転写印刷ベースのマイクロアセンブリを実証することです。これは、まず、ドナー基板上にインクと呼ばれるシリコンまたは金のマイクロオブジェクトを調製し、パターン化されたフォトレジストサポーターに懸濁させることによって達成されます。2番目のステップは、エラストマーマイクロチップスタンプをインク上に正確に位置合わせし、スタンプに事前定義された力の予圧を加えて接着接触領域を形成することです。

その間に、スタンプはインクを取り戻すために急速に引っ込められます。次に、スタンプと取り出したインクをレシーバー基材に転写し、ターゲット領域にインクを優しく印刷します。小さなプリロードで、スタンプはゆっくりと引っ込められ、インクはレシーバー基板に残ります。

最後のステップは、印刷されたインクと基材を恒久的に接着するために、レシーバー基材の急速なサーマルイーリングです。最終的に、この転写印刷手順は、目的の3D微細構造が完成するまで繰り返されます。この場合、マイクロティーポットは、その能力を実証するために、マイクロメーソンのみによって製造されます。

このマイクロメイス積み技術が従来のモノリシック微細加工に比べて優れている点は、子供たちがレゴで遊ぶのと同じように、非常に簡単な方法で不均一な3次元微細構造を作成できることです。この手法の視覚的なデモンストレーションは、ステップが並行して行われるため、非常に重要です。この手法を視覚的に観察することで、視聴者がこの手順を開始するために持つ可能性のあるあいまいさが明確になるはずです。

ドナー基板上にインクを製造するための3つのマスクを設計します。テキストプロトコルに詳述されているように、3ミクロンのデバイス層と1ミクロンのボックス酸化物層を持つSOIウェーハ上で、スピンコートフォトレジストAZ 5 2 14を3000RPMで30秒間。フォトレジストの厚さを1.5ミクロンにするために、110°Cのホットプレート上でウェーハを1分間加熱し、マスクアライナーを使用して、マスク1を使用して露光し、反応性INエッチング装置パターンを使用してMIF3 2 7現像液を使用して現像します。

SOIウェーハのデバイス層をフォトレジストマスクを除去します。このステップの後、エッチングされた領域はボックス酸化物層を露出させました。次に、前のフォトレジスターをスピンコートし、マスク2でパターン

次に、ウェーハを摂氏125度で90秒間加熱しますホットプレート上で、ウェーハを49%フッ化水素に50秒間浸して、露出したボックス酸化物層をエッチングします。完全に乾燥させた後、マスキング写真を取り除き、再度スピンコートをレジストし、マスク3枚でパターン化します。次に、ホットプレート上でウェーハを摂氏125度に加熱します。

90秒後、ウェーハを49%フッ化水素に50分間浸します。このステップにより、パターンデバイス層シリコンの下に残ったボックス酸化膜がエッチングされ、シリコンが懸濁します。フォトレジスト上の個々のユニット。

次のステップは、マイクロチップスタンプの型を作成し、テキストプロトコルで説明されているようにマイクロチップスタンプを複製することです。印刷プロセスを開始するには、ドナー基板を顕微鏡を備えた電動、回転、およびXY翻訳ステージに置きます。次に、マイクロチップスタンプを独立した垂直並進ステージに取り付けます。

ドナー基板とマイクロチップスタンプをロードしたら、顕微鏡下で電動翻訳ステージを操作します。マイクロチップスタンプをドナー基板上のシリコンインクに位置合わせし、並進ステージと回転ステージを使用します。その後、マイクロチップスタンプを下ろして接触させます。

最初の接触後、マイクロチップスタンプをさらにゆっくりと下げて、小さなチップが完全に折りたたまれ、表面全体がドナー基板上のシリコンインクに接触するようにします。次に、マイクロチップスタンプとシリコンインクとの接触面積が大きいため、アンカーを壊して、Zステージをすばやく上げます。ドナー基板からシリコンインクを回収してマイクロチップスタンプに取り付けるには、レシーバー基板をXYトランスレーションステージに置き、取り出したシリコンインクをマイクロチップスタンプの下の所望の位置に整列させて、回収されたシリコンインクがレシーバー基板とほとんど接触するまでZステージを送ります。

接触後、Zステージをゆっくりと上げてシリコンインクを放出し、目的の場所に印刷します。次のプログラム、急速サーマル、室温から90秒で摂氏950度までサイクルするひざまずく炉。摂氏950度に10分間置いてから、室温まで冷まします。

印刷されたレシーバー基板を炉に常設空気環境に置き、シリコンシリコンボンディングのために摂氏950度で10分間ひざまずきます。その能力を実証するために、マイクロティーポットはマイクロ石積みのみで製造されています。この光学顕微鏡画像は、ドナー基板上に製造されたシリコンインクを明らかにします。

設計されたインクは、マイクロティーポットの構成要素である単結晶シリコンで作られたさまざまな寸法のディスクです。ドナー基板を独立して調製すると、ディスクはレシーバー基板に転写印刷され、マイクロチップスタンプを使用して層ごとにひざまずきます。マイクロティーポットの内側の領域は、組み立てられた各ディスクからわかるように中空です。

マイクロメイソン再処理の繊細さは、転写印刷とひざまずくことによってもテストされ、かなり絶妙なフォトニック結晶血小板フォトニック表面はナノインプリントリソグラフィーでパターン化され、ドナー基板上に転写可能なインクとして作られます。インクが完全に調製されると、フォトニック結晶プレートレットは、厚さ50ミクロンの4つのシリコンリングに転写され、図に示すテーブルのような構成を形成します。ここでは、薄い金膜の組み立てに採用されたマイクロメーソンリーの事例をご紹介します。

この光学顕微鏡画像は、ドナー基板上に準備された厚さ400ナノメートルの金膜を明らかにします。これらのインクは、さらに処理され、シリコン表面だけでなく金表面にも印刷を転写するためにテストされます。このビデオを見た後、マイクロメイソンDを使用して微細構造を組み立てる方法をよく理解し、この技術をより魅力的な3次元マイクロデバイス構造の構築に適用できるはずです。

この手法を習得すると、他のシーケンシャルマイクロ製造プロセスと比較して、その並列プロセスの特性により、全体的な製造時間を短縮できるはずです。New MatteredとFerreira教授には自動転写印刷プロセスに協力してくださったこと、そしてUIUCのMNMSクリーンルームに協力してくださったMickey Dki