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技術基礎上制備了高深寬比MESM微結構。研究曝光、顯影關鍵工藝因素對圖形微結構的影響，解決勻膠、烘培等關鍵工藝問題，優(yōu)化了AZ4620膠光刻工藝，成功制作出了近30m厚的AZ4620光刻膠微結構圖形，并通過電鑄銅得到了具有垂直側壁和高深寬比的精細鍍銅MESM微結構。Key：光刻膠；烘焙；曝光；顯影；電鑄引言MEMS（微機電系統(tǒng)）是21世紀科技與產業(yè)的熱點之一，而微細加工技術又是MEMS發(fā)展的重要基礎。MEMS器件都需要高深寬比結構，同時還要求側壁陡直。目前能夠滿足該技術要求的主要有LIGA技術和干法

2、刻蝕技術。LIGA技術是利用同步輻射X射線深層光刻、電鑄成型和微復制三種工藝手段有機結合的一種技術。具有批量生產三維微小零件的能力，可加工尺寸從亞微米到毫米，高度達1.5mm以上，深寬比達500的微小零件，并且保持微小零件側壁陡直。但LIGA技術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，因此限制其廣泛應用。干法刻蝕技術由于只能在硅材料上進行，也限制了其使用。為了解決LIGA技術同步輻射X射線成本高昂問題，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，用它來制作高深寬比的金屬微小零件。雖然UV-LIGA技術制作的高深寬比微小零件在一些指標上與LIGA技術還存在著一

3、些差距，但是已經能夠滿足微機械制作中的很多需要。本文采用AZ4620紫外光刻膠，進行UV-LIGA工藝實驗。給出了加工制作的工藝過程，重點分析了該技術中曝光、顯影對微結構的影響，通過優(yōu)化過程工藝參數(shù)，實現(xiàn)了高深寬比的金屬微結構加工制作。1 實驗試驗采用紫外光刻技術具體實驗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驗用基板，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合膜。光刻勻膠前需對鍍金陶瓷基片進行有機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，結合力良好，有利于高深寬比結構的形成。實驗采用AZ4620光刻膠，它廣泛用于

4、微細加工，具有分辨率高、深寬比大、吸收系數(shù)小等優(yōu)點。采用勻膠機旋涂膠，先進行一次勻膠，勻膠厚度達到10m左右。勻膠后采用熱板進行烘焙，去除光刻膠中部分溶劑。然后進行二次勻膠，使光刻膠厚度增加到20m以上，再次烘焙適當延長烘培時間。曝光采用德國Karl Suss公司的MA6型雙面曝光機，曝光紫外光強度為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顯影后的膠膜進行清洗操作，去除表面污物，為下一步電鑄銅做準備。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

5、干，形成最終金屬微結構，工藝效果圖如圖1所示。2 結果分析2.1 外觀形貌電鑄銅后經掃描電子顯微鏡放大2000倍如圖2所示，通過觀察發(fā)現(xiàn)，鍍銅微結構上表面較粗糙，側壁陡直度好，側壁光潔度很高。另外經過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階儀測試，測試曲線圖如圖3所示。通過觀察發(fā)現(xiàn)，臺階陡直度好，與電子掃描顯微鏡拍照情況相吻合，臺階厚度的為26.9m。2.3 關鍵過程控制分析2.3.1 勻膠。為了實現(xiàn)厚膠涂覆，可以采用降低勻膠轉速的方法來實現(xiàn)，但會使基片邊緣堆膠嚴重，同時會帶來涂膠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

6、方法來實現(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，實現(xiàn)高質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基片的附著性，但是通過試驗發(fā)現(xiàn)后烘會使光刻膠軟化，光刻圖形發(fā)生形變，嚴重影響電鑄加工質量。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，應該通過適當?shù)卦黾忧昂鏁r間來增加附著性，避免后烘造成光刻膠形變，影響電鑄加工質量。2.3.3 曝光。曝光是光刻的關鍵步驟，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?shù)卦黾悠毓鈺r間，以達到需要的曝光劑量。較弱的光強會增加曝光時間，造成曝光衍射，

7、使圖形精度降低。因此一般采用高強度的紫外光強進行曝光，以減少曝光時間，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。顯影不充分會使基片殘留光刻膠，在電鑄加工過程中會造成電鑄金屬層與基片層結合不牢，造成脫落、電鑄圖形不完整等問題。3 結束語UV-LIGA技術是高深寬比微結構制備的一種非常有效和實用的方法。本文對AZ4620膠光刻工藝進行了系統(tǒng)的優(yōu)化，通過采用二次涂膠、二次烘培、高強度光源曝光等工藝手段，制作高深寬比的光刻膠微結構，并在此基礎上進行電鑄銅加工，實現(xiàn)了高精度純銅微結構的加工制作。為高深寬比MEMS金屬微結構零件加工制作奠定了基礎。Reference1梁靜秋，姚勁松.LIGA技術基礎研究J.光學精密工程.2000，8（1）.2郝光亮.UV-LIGA技術制備微小金結構工藝研究D.江蘇：南京航空航天大學，2011.3明平美，朱荻，胡洋洋，等.UV-LIGA技術制備微型柔性鎳接觸探針J.光學精密工程，2007，15（5）：735