AZ4620紫外厚膠制備金屬小零件工藝研究

1、    az4620紫外厚膠制備金屬小零件工藝研究    摘 要：采用az4620紫外光刻膠在uv-liga技術(shù)基礎(chǔ)上制備了高深寬比mesm微結(jié)構(gòu)。研究曝光、顯影關(guān)鍵工藝因素對(duì)圖形微結(jié)構(gòu)的影響，解決勻膠、烘培等關(guān)鍵工藝問題，優(yōu)化了az4620膠光刻工藝，成功制作出了近30m厚的az4620光刻膠微結(jié)構(gòu)圖形，并通過電鑄銅得到了具有垂直側(cè)壁和高深寬比的精細(xì)鍍銅mesm微結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：光刻膠；烘焙；曝光；顯影；電鑄引言mems（微機(jī)電系統(tǒng)）是21世紀(jì)科技與產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)之一，而微細(xì)加工技術(shù)又是mems發(fā)展的重要基礎(chǔ)。mems器件都需要高深寬比結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要求側(cè)壁陡

2、直。目前能夠滿足該技術(shù)要求的主要有l(wèi)iga技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)。liga技術(shù)是利用同步輻射x射線深層光刻、電鑄成型和微復(fù)制三種工藝手段有機(jī)結(jié)合的一種技術(shù)。具有批量生產(chǎn)三維微小零件的能力，可加工尺寸從亞微米到毫米，高度達(dá)1.5mm以上，深寬比達(dá)500的微小零件，并且保持微小零件側(cè)壁陡直。但liga技術(shù)需要昂貴的同步輻射x光光源和x光掩模板，且加工周期較長(zhǎng)，因此限制其廣泛應(yīng)用。干法刻蝕技術(shù)由于只能在硅材料上進(jìn)行，也限制了其使用。為了解決liga技術(shù)同步輻射x射線成本高昂?jiǎn)栴}，近幾年探索出了一種利用常規(guī)紫外光刻蝕及掩模的uv-liga技術(shù)，用它來制作高深寬比的金屬微小零件。雖然uv-liga技術(shù)制作的

3、高深寬比微小零件在一些指標(biāo)上與liga技術(shù)還存在著一些差距，但是已經(jīng)能夠滿足微機(jī)械制作中的很多需要。本文采用az4620紫外光刻膠，進(jìn)行uv-liga工藝實(shí)驗(yàn)。給出了加工制作的工藝過程，重點(diǎn)分析了該技術(shù)中曝光、顯影對(duì)微結(jié)構(gòu)的影響，通過優(yōu)化過程工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高深寬比的金屬微結(jié)構(gòu)加工制作。1 實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)采用紫外光刻技術(shù)具體實(shí)驗(yàn)工藝步驟包括以下幾步：濺射鍍膜勻膠烘培二次勻膠二次烘培曝光顯影電鑄去膠選用氧化鋁陶瓷做實(shí)驗(yàn)用基板，采用真空濺射鍍膜的方法，在陶瓷基板上涂覆一層鈦鎢金復(fù)合膜。光刻勻膠前需對(duì)鍍金陶瓷基片進(jìn)行有機(jī)超聲清洗和水劑超聲清洗，以去除表面的污物。保證隨后的膠層均勻，結(jié)合力良好，有利于高深寬

4、比結(jié)構(gòu)的形成。實(shí)驗(yàn)采用az4620光刻膠，它廣泛用于微細(xì)加工，具有分辨率高、深寬比大、吸收系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。采用勻膠機(jī)旋涂膠，先進(jìn)行一次勻膠，勻膠厚度達(dá)到10m左右。勻膠后采用熱板進(jìn)行烘焙，去除光刻膠中部分溶劑。然后進(jìn)行二次勻膠，使光刻膠厚度增加到20m以上，再次烘焙適當(dāng)延長(zhǎng)烘培時(shí)間。曝光采用德國(guó)karl suss公司的ma6型雙面曝光機(jī)，曝光紫外光強(qiáng)度為10mw/cm2。使用az專用顯影液，把曝光過的光刻膠去除，顯影后形成需要的圖形膠膜。顯影后需用去離子水對(duì)顯影后的膠膜進(jìn)行清洗操作，去除表面污物，為下一步電鑄銅做準(zhǔn)備。用硫酸銅電鑄液電鑄銅，采用小電流脈沖電鍍，提高電鍍鍍層均性及減少表面粗糙度。電

5、鍍后用氫氧化鉀堿液去除光刻膠，最后用去離子水清洗并烘干，形成最終金屬微結(jié)構(gòu)，工藝效果圖如圖1所示。2 結(jié)果分析2.1 外觀形貌電鑄銅后經(jīng)掃描電子顯微鏡放大2000倍如圖2所示，通過觀察發(fā)現(xiàn)，鍍銅微結(jié)構(gòu)上表面較粗糙，側(cè)壁陡直度好，側(cè)壁光潔度很高。另外經(jīng)過2000倍放大后，發(fā)現(xiàn)圖形拐角成圓弧狀，這主要是由掩膜膠版精度造成的。2.2 圖形厚度電鑄銅后使用臺(tái)階儀測(cè)試，測(cè)試曲線圖如圖3所示。通過觀察發(fā)現(xiàn)，臺(tái)階陡直度好，與電子掃描顯微鏡拍照情況相吻合，臺(tái)階厚度的為26.9m。2.3 關(guān)鍵過程控制分析2.3.1 勻膠。為了實(shí)現(xiàn)厚膠涂覆，可以采用降低勻膠轉(zhuǎn)速的方法來實(shí)現(xiàn)，但會(huì)使基片邊緣堆膠嚴(yán)重，同時(shí)會(huì)帶來涂膠

6、膜厚均勻性不好及膠膜平整度變差等問題。采用二次涂膠的方法來實(shí)現(xiàn)厚膠涂覆，就是采用涂膠、烘培、再涂膠、烘培的方法，可以避免上述問題，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的光刻膠膜的涂覆。2.3.2 烘培。光刻工藝一般采用后烘的方式來增加光刻膠對(duì)基片的附著性，但是通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)后烘會(huì)使光刻膠軟化，光刻圖形發(fā)生形變，嚴(yán)重影響電鑄加工質(zhì)量。因此厚膠光刻不適合采用后烘的方式來增加光刻膠的附著性能，應(yīng)該通過適當(dāng)?shù)卦黾忧昂鏁r(shí)間來增加附著性，避免后烘造成光刻膠形變，影響電鑄加工質(zhì)量。2.3.3 曝光。曝光是光刻的關(guān)鍵步驟，由于az4620光刻膠為厚膠光刻，在曝光的過程中，底層的光刻膠獲得曝光劑量少，這就需要適當(dāng)?shù)卦黾悠毓鈺r(shí)間，以達(dá)到需要

7、的曝光劑量。較弱的光強(qiáng)會(huì)增加曝光時(shí)間，造成曝光衍射，使圖形精度降低。因此一般采用高強(qiáng)度的紫外光強(qiáng)進(jìn)行曝光，以減少曝光時(shí)間，減少曝光衍射，提高光刻膠邊緣陡直度及圖形加工精度。2.3.4 顯影。曝光后顯影要充分，確保需要帶膠電鑄的基片表面無光刻膠及顯影液的殘留。顯影不充分會(huì)使基片殘留光刻膠，在電鑄加工過程中會(huì)造成電鑄金屬層與基片層結(jié)合不牢，造成脫落、電鑄圖形不完整等問題。3 結(jié)束語uv-liga技術(shù)是高深寬比微結(jié)構(gòu)制備的一種非常有效和實(shí)用的方法。本文對(duì)az4620膠光刻工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化，通過采用二次涂膠、二次烘培、高強(qiáng)度光源曝光等工藝手段，制作高深寬比的光刻膠微結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電鑄銅加工，實(shí)現(xiàn)了高精度純銅微結(jié)構(gòu)的加工制作。為高深寬比mems金屬微結(jié)構(gòu)零件加工制作奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1梁靜秋，姚勁松.liga技術(shù)基礎(chǔ)研究j.光學(xué)精密工程.2000，8（1）.2郝光亮.uv-liga技術(shù)制備微小金結(jié)構(gòu)工藝研究d.江蘇：南京航空航天大學(xué)，2011.3明平美，朱荻，胡洋洋，等.uv-liga技術(shù)制備微型柔性鎳接觸探針j.光學(xué)精密工程，2007，15（5）：735-741.