超聲提高su-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過超聲技術(shù)來提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，屬于微制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法。其特征是：在光刻過程中，在后烘之后、顯影之前進(jìn)行超聲處理來提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度，區(qū)別于傳統(tǒng)的SU-8膠光刻工藝流程“研磨和清洗金屬基底—旋涂SU-8光刻膠—前烘—曝光—后烘—顯影”，該方法采用“研磨和清洗金屬基底—旋涂SU-8光刻膠—前烘—曝光—后烘—超聲處理—顯影”。本發(fā)明的效果和益處是通過在SU-8膠光刻的過程中對膠層進(jìn)行超聲處理，使SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度提高了58.7%，具有簡單、高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，能夠顯著地提高膠模的尺寸精度和可靠性，從而提高微器件的成品率。
【專利說明】超聲提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)的迅速發(fā)展，金屬微器件的需求量在逐漸增加?；赟U-8光刻膠的UV-LIGA技術(shù)是制作金屬微器件的有效方法之一。在以SU-8UV-LIGA技術(shù)制作金屬微器件的過程中，人們開始考慮直接將金屬作為基底制作器件，這樣具有工序少，電鑄時間短、基底不易損壞等優(yōu)點(diǎn)。然而，SU-8光刻膠薄膜在光刻過程中與金屬基底結(jié)合性能較差，容易產(chǎn)生膠體與基底結(jié)合失敗，出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，甚至造成圖形的徹底損壞，嚴(yán)重影響了器件的成品率和可靠性。為了提高SU-8光刻膠與金屬基底界面的結(jié)合強(qiáng)度，通常采用工藝參數(shù)優(yōu)化和基底處理等方法:雜志Electrophoresis2006年第27卷、第16期、第3284?3296頁中通過優(yōu)化工藝參數(shù)的方法，即通過對曝光劑量、前烘時間的優(yōu)化改善了SU-8光刻膠與金屬基底之間的結(jié)合力。但這種方法一般都是針對某種微器件進(jìn)行研究，研究的過程中需要進(jìn)行大量 的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)才能選出最優(yōu)的工藝參數(shù)，因此實(shí)驗(yàn)成本高、應(yīng)用范圍小。雜志Microelectronic Engineering2005年第78?79卷第152?157頁中通過使用附著力促進(jìn)劑增加了 SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度。然而，在電鑄前的附著力促進(jìn)劑去除過程中，附著力促進(jìn)劑會不可避免的出現(xiàn)一定程度的側(cè)蝕，導(dǎo)致電鑄后微器件的側(cè)壁產(chǎn)生臺階，這嚴(yán)重影響了電鑄器件的尺寸精度。目前，在微電鑄器件制造領(lǐng)域，建立一種簡單、高效的提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法具有重要的實(shí)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種通過超聲技術(shù)來提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，即通過在SU-8膠光刻的過程中對膠層進(jìn)行超聲處理，從而改變SU-8光刻膠與金屬基底界面間的結(jié)合強(qiáng)度，來解決工藝參數(shù)優(yōu)化和基底處理方法的不足和應(yīng)用的局限性。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:通過控制光刻過程中超聲輸入功率，獲得提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法。其特征是:在光刻過程中，在后烘之后、顯影之前進(jìn)行超聲處理來提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度。區(qū)別于傳統(tǒng)的光刻工藝流程“研磨和清洗金屬基底——旋涂SU-8光刻膠——前烘——曝光——后烘——顯影”，該方法采用“研磨和清洗金屬基底——旋涂SU-8光刻膠——前烘——曝光——后烘——超聲處理——顯影”。制作SU-8光刻膠模的步驟如下:
[0005]a.研磨、清洗金屬基底并旋涂SU-8光刻膠
[0006]用1000號砂紙對金屬基底進(jìn)行研磨，使表面粗糙度Ra小于0.06 μ m ;用丙酮擦洗基底并將其置于丙酮中超聲清洗20?25min，再置于乙醇中超聲清洗20?25min，經(jīng)去離子水沖洗和氮?dú)獯蹈?，然后烘干。將烘干后的金屬基底冷卻至室溫，在其表面旋轉(zhuǎn)涂覆SU-8光刻膠。
[0007]b.前烘、曝光和后烘
[0008]將涂覆了 SU-8光刻膠的金屬基底置于烘箱中進(jìn)行前烘，采用階梯式逐漸升溫的方式，前烘溫度和時間分別為:65°C,2.5h ;75°C，2.5h ;85°C，lh，然后冷卻至室溫；曝光時間為2?4min,曝光劑量為350mJ/cm2?400mJ/cm2 ;將其放置在熱板上進(jìn)行后烘,熱板溫度為85°C，后烘時間為2?3min。后烘結(jié)束后，將涂覆SU-8光刻膠膜的基底從熱板上取下，使其緩慢自然冷卻至室溫。
[0009]c.超聲處理
[0010]將旋涂了 SU-8光刻膠的金屬基底固定到超聲裝置的工作臺上。通過調(diào)節(jié)激勵電流來改變超聲功率。激勵電流為0.4?0.8A，超聲輸入功率為150?350W，超聲頻率為20kHz，超聲時間為lOmin。
[0011]d.顯影
[0012]對超聲處理后的SU-8光刻膠膜進(jìn)行顯影，顯影3?5min后得到微電鑄膠模型。用去離子水沖洗干凈，再用氮?dú)獯蹈伞?br> [0013]本發(fā)明的效果和益處是:提供一種通過光刻過程中在后烘之后、顯影之前對SU-8光刻膠膜進(jìn)行超聲處理來提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，解決了工藝參數(shù)優(yōu)化和基底處理方法的不足和應(yīng)用的局限性，具有簡單、高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，能顯著地提聞I父1旲的尺寸精度和可罪性，從而提聞微器件的成品率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是SU-8膠光刻及超聲處理工藝流程圖。
[0015]圖2是SU-8光刻膠與金屬基底界面示意圖。
[0016]在圖2中:1金屬基底；2SU_8光刻膠層；3膠膜型腔。
[0017]圖3是曝光工序示意圖。
[0018]圖4是超聲處理工序示意圖。
[0019]圖5是顯影工序不意圖。
[0020]在圖3?圖5中:①掩模板；(D SU-8光刻膠；③金屬基底；UV紫外光；US超聲。[0021 ] 圖6是超聲處理示意圖。
[0022]在圖6中:4涂膠基板；5超聲工作臺；6超聲變幅桿；7超聲發(fā)生裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0024]實(shí)施例:如附圖2，將SU-8光刻膠I旋涂在尺寸為60mmX60mmX400ym的316L不銹鋼基底2上，在后烘之后、顯影之前對膠膜進(jìn)行超聲處理，超聲電流選用0.8A/dm2。SU-8膠光刻及超聲處理工藝的具體步驟如下:
[0025]1.研磨、清洗金屬基底并旋涂SU-8光刻膠
[0026]用1000號砂紙對316L不銹鋼基底進(jìn)行研磨，使表面粗糙度Ra小于0.06 μ m ;用丙酮擦洗基底然后將其先后置于丙酮和乙醇中各超聲清洗20min，再經(jīng)去離子水沖洗，用氮?dú)獯蹈?，然后置?20°C的烘箱內(nèi)烘2h。將烘干后的金屬基底冷卻至室溫，在其表面旋轉(zhuǎn)涂覆SU-82075光刻膠，用臺式勻膠機(jī)對其進(jìn)行勻膠，轉(zhuǎn)速為1350r/min，得到的膠膜厚度約為90 μ m0
[0027]2.前烘、曝光和后烘
[0028]將涂覆了 SU-8光刻膠的316L不銹鋼金屬基底置于烘箱中進(jìn)行前烘，采用階梯式逐漸升溫的方式:在65°C時烘2.5h，升溫至75°C時烘2.5h，再升溫至85°C烘lh，然后冷卻至室溫；采用曝光機(jī)對SU-8光刻膠進(jìn)行曝光，如附圖3，曝光時間為3min，曝光劑量為400mJ/cm2 ;將曝光后的片子放置在熱板上進(jìn)行后烘,熱板溫度為85°C,后烘時間為3min。后烘結(jié)束后，將片子從熱板上取下，使其緩慢冷卻，直至室溫。
[0029]3.超聲處理
[0030]將旋涂了 SU-8光刻膠的316L不銹鋼基底固定到超聲工作臺上。通過調(diào)節(jié)激勵電流來改變超聲功率。激勵電流為0.8A，對應(yīng)的超聲輸入功率為350W，超聲頻率為20kHz，超聲時間為lOmin。超聲后將片子取下。見附圖4及附圖6。
[0031]4.顯影
[0032]對超聲處理后的SU-8光刻膠膜進(jìn)行顯影，顯影3min后得到SU_8光刻膠模型，見附圖5。用去離子水沖洗干凈，再用氮?dú)獯蹈伞?br> [0033]采用本發(fā)明提供的通過光刻過程中在后烘之后、顯影之前對SU-8光刻膠膜進(jìn)行超聲處理的方法，與不加入超聲處理過程的常規(guī)光刻工藝相比，SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度提高了 58.7%。本方法能夠提高膠模的尺寸精度和可靠性，從而提高微器件的成品率，具有簡單、高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度的方法，通過在SU-8膠光刻的過程中對膠層進(jìn)行超聲處理來提高SU-8光刻膠與金屬基底界面結(jié)合強(qiáng)度，其特征在于其步驟如下: a.研磨、清洗金屬基底并旋涂SU-8光刻膠 用1000號砂紙對金屬基底進(jìn)行研磨，使表面粗糙度Ra小于0.06 μ m ;用丙酮擦洗基底并將其置于丙酮中超聲清洗20?25min，再置于乙醇中超聲清洗20?25min，經(jīng)去離子水沖洗和氮?dú)獯蹈桑缓蠛娓?；將烘干后的金屬基底冷卻至室溫，在其表面旋轉(zhuǎn)涂覆SU-8光刻膠; b.前烘、曝光和后烘 將涂覆了 SU-8光刻膠的金屬基底置于烘箱中進(jìn)行前烘，采用階梯式逐漸升溫的方式，前烘溫度和時間分別為:65 V，2.5h ；75°C, 2.5h ；85 V，lh，然后冷卻至室溫；曝光時間為2?4min,曝光劑量為350mJ/cm2?400mJ/cm2 ;將其放置在熱板上進(jìn)行后烘,熱板溫度為850C，后烘時間為2?3min ;后烘結(jié)束后，將涂覆SU-8光刻膠膜的基底從熱板上取下，使其緩慢冷卻，直至室溫； c.超聲處理 將旋涂了 SU-8光刻膠的金屬基底固定到超聲裝置的工作臺上，通過調(diào)節(jié)激勵電流來改變超聲功率，激勵電流為0.4?0.8A，超聲輸入功率為150?350W，超聲頻率為20kHz，超聲時間為IOmin ； d.顯影 對超聲處理后的SU-8光刻膠 膜進(jìn)行顯影，顯影3?5min后得到微電鑄膠模型；用去離子水沖洗干凈，再用氮?dú)獯蹈伞?br> 【文檔編號】C25D1/10GK103436923SQ201310205724
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】杜立群, 張曉蕾, 王翱岸, 趙明, 趙珊珊 申請人:大連理工大學(xué)