钻床球面的热熔回流技术

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LIGA技术於20世纪80年代由德国卡尔斯鲁尔核研究钻床开发而成。LIGA由德文Lithographie、Galvanoformung和Abformung三个词的缩写构成，是X射綫深层光刻、微电铸和微复制工艺的完美结合。受限於X射线的昂贵用度，UV-LIGA技术、Laser-LIGA技术、DEM技术、IB-LIGA技术等类LIGA技术应运而生。受到光刻技术加工原理的局限性，上述光刻技术和类光刻技术只能加工具有垂直侧壁的微结构零件。良多微型制件具有曲面结构，开发一种能够加工曲面的光刻技术迫在眉睫。本文作者提出一种新方法，在光刻技术显影工序和电铸工序之间加入热熔回流工艺，能够制造出具有球形曲面的微结构零件，扩大了光刻技术的应用范围。

产品的小型化、微型化是21世纪产品发展的主要趋势之一，微小零件、微小装置在半导体产业、生物技术、微电子产业、远程通信以及医疗行业中得到越来越广泛的应用。微细加工技术是实现产品零部件微型化基本技术，受到越来越多的关注。

热熔回流技术原理是，在钻床矽基板上涂覆一定厚度的光刻胶，利用光学光刻在光刻胶上制作出圆柱阵列，升温到光刻胶的玻璃转化温度以上，因为光刻胶表面张力作用以及分子动能的增加，圆柱上部近似形成球面的外形，工艺流程如图2所示。

1988年，Zoran D.Popovic等人提出热熔回流法，采用加热圆柱光刻胶的方法，形成了具有微球形曲面的光刻胶微结构。为了控制光刻胶热熔後形成微球形曲面的底面直径，在圆柱光刻胶的底部制作一个直径稍大的基座，这样加热光刻胶後，熔融光刻胶延伸到基座边沿，形成具有定直径的球形微结构，幷且得出加热时间对微结构形貌参数影响大于加热温度的结论。

R.F.Shyu等人研究热熔回流工艺参数对微球形曲面底面直径的影响规律，得出在6小时的加热时间下，加热温度从200℃—300℃，微球形曲面底面直径先增大後减小，在250℃时达到最大值；在250℃的加热温度下，加热时间从1h到9h，微球形曲面底面直径先减小後增大，在3h达到最小值。

C. K. Chung等人采用热平板加热和烤箱加热两种不同的方式得到微球形曲面的光刻胶微结构，发现热平板加热方式得到的微结构更加凸起，烤箱加热方式得到的微结构更加平坦。造成这种现象的原因是平板加热时，光刻胶和环境温度梯度大，烤箱加热时没有温度梯度，造成微结构平坦。

任智斌、卢振武等人理论计算了熔融前後圆柱光刻胶底面直径和高度与微球形曲面底面直径和高度之间的数值关系，幷通过缩短显影时间的方法来进步微透镜阵列的F数和填充因子，进一步微透镜阵列的光学机能。

以上对钻床热熔回流技术制作球形微结构做了初步的理论研究和实验工作，但对于球形微结构形貌参数的正确控制技术还不成熟，没有形成一套相关理论模型，建立起工艺参数与微结构形貌的数值关系，实验上也很难达到对微结构形貌参数的控制。