本工作報(bào)告了中高縱橫比結(jié)構(gòu)的微制造工藝技術(shù)的最新進(jìn)展，這些結(jié)構(gòu)是通過(guò)使用不同種類(lèi)的光致抗蝕劑的紫外光刻實(shí)現(xiàn)的。所得結(jié)構(gòu)被用作模具，并將通過(guò)電鍍轉(zhuǎn)化為金屬結(jié)構(gòu)。我們使用了四種類(lèi)型的光致抗蝕劑:SPR 220-7 novalak基(正)、SU8環(huán)氧基(負(fù))、Ordyl P-50100丙烯酸酯基(負(fù))干膜光致抗蝕劑和Diaplate 132丙烯酸酯基濕光致抗蝕劑(負(fù))。這項(xiàng)工作的動(dòng)機(jī)是尋找SU-8光刻膠的替代品，這種光刻膠在電鍍后很難加工和去除。根據(jù)不同的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)Ordyl P-50100干膜光致抗蝕劑是SU8的最佳替代品，可實(shí)現(xiàn)在酸性電鍍液中電鍍約100米深的模具。SPR 220-7是SU8的一個(gè)很好的替代品，用于制造50米深的模具和在堿性溶液中電鍍。本文的結(jié)果將為微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用中使用電鍍的低成本工藝開(kāi)辟新的可能性。
介紹
高縱橫比結(jié)構(gòu)通常用于許多微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用，例如傳感器、致動(dòng)器和微機(jī)械.專(zhuān)用工具其工作原理是使用用于電鍍的微型模具實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)。
實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)有一系列制造技術(shù):x光和紫外LIGA技術(shù)、深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)、濕硅體微加工和準(zhǔn)分子激光燒蝕。
x光LIGA工藝被廣泛用于實(shí)現(xiàn)高縱橫比的微結(jié)構(gòu)。然而，由于需要同步輻射源，該技術(shù)涉及相當(dāng)大的工藝復(fù)雜性、高對(duì)比度的x光掩模、難以構(gòu)造厚于200 μm的聚甲基丙烯酸甲酯光致抗蝕劑以及高成本。
最有希望的替代技術(shù)是紫外LIGA(厚光刻膠光刻)。非常厚的光致抗蝕劑光刻要求光致抗蝕劑的層厚比用于制造集成電路的層厚幾個(gè)數(shù)量級(jí)。本文報(bào)道了使用四種不同配方的不同種類(lèi)的光致抗蝕劑的超厚光致抗蝕劑光刻技術(shù)的發(fā)展。
實(shí)驗(yàn)
加工技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)微型模具，我們使用了SPR 220-7 novalak基正性光刻膠、溶劑含量為73%的SU8，100 XP、(GBL，γ-丁內(nèi)酯)環(huán)氧基負(fù)性光刻膠、Diaplate 132丙烯酸酯基濕厚度負(fù)性光刻膠和andOrdylP-50100丙烯酸酯基負(fù)性光刻膠。
結(jié)果
在這項(xiàng)工作中，我們關(guān)注的是不同應(yīng)用電鍍模具的實(shí)現(xiàn);一個(gè)應(yīng)用是用于原子導(dǎo)向器，另一個(gè)應(yīng)用是用作慣性傳感器的組件，以確保磁盤(pán)被靜電力懸浮。
SU8有幾個(gè)缺點(diǎn)：難以去除，非常耗時(shí)的加工，難以在整個(gè)晶片上實(shí)現(xiàn)高平面度，并形成邊緣焊道。SU8易受機(jī)械應(yīng)力的影響，機(jī)械應(yīng)力是由聚合過(guò)程中的熱膨脹系數(shù)差異引起的。這些因素導(dǎo)致SU8層和晶片之間的粘附問(wèn)題以及晶片彎曲，這是許多應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。此外，使用鑲嵌拋光發(fā)現(xiàn)硅襯底的粘附問(wèn)題，這是由于這種金屬的惰性。為了解決硅襯底上的金涂層與光刻膠之間的粘附問(wèn)題，我們使用了不同的粘合劑。
由三種抗蝕劑SU8、SPR 220-7和ORDYL P50100制成的高縱橫比光刻膠模具通過(guò)電鍍轉(zhuǎn)化為金屬結(jié)構(gòu)。將鎳電鍍到一級(jí)SU8和SPR 220-7模具中。這也被電鍍到一級(jí)和二級(jí)光致抗蝕劑模具中。ORDYL P50100和SPR 220-7光刻膠模具在使用常規(guī)技術(shù)電鍍后非常容易移除。SU8模具很難在不損壞或改變電鍍金屬的情況下從大縱橫比結(jié)構(gòu)中可靠地移除。我們嘗試了不同的技術(shù)和材料，作為移除SU8的一種選擇.我們最近才在使用熱NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)溶液去除SU-8方面取得令人鼓舞的結(jié)果。即使溶劑系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)裂和剝離而不是溶解來(lái)去除SU8抗蝕劑，這種技術(shù)似乎對(duì)這些大結(jié)構(gòu)是方便的。
結(jié)論
本文證明了Ordyl P-50100干膜抗蝕劑是一種很有前途的材料，可用于實(shí)現(xiàn)使用酸性電解質(zhì)的100微米結(jié)構(gòu)的高分辨率電沉積。這適合我們的應(yīng)用。
SPR 220-7是一種適合在溫和堿性電鍍?nèi)芤?pH = 8–9)中電鍍的材料。不經(jīng)過(guò)特殊的硬烘烤處理，在強(qiáng)堿性電鍍液中不穩(wěn)定。
SU8光刻膠在厚膜應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的分辨率。然而，不僅難以去除SU8，而且電鍍金屬在該步驟中經(jīng)常被損壞，并且在金基底上存在粘附問(wèn)題。
iplate 132未給出良好的分辨率、附著力、縱橫比，其電鍍用途需要進(jìn)一步研究。
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