專利名稱：厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厚膜光刻膠的制備方法，尤其涉及一種基于低溫金屬化技術(shù)的厚膜光刻膠制備方法，屬于微加工技術(shù)領(lǐng)域。
近年來，隨著微型機(jī)電系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)研究的日益深入，LIGA(德語LITHOGRAPHIE、GALVANOFORMUNG和ABFORMTECHNIK的縮寫，分別指光刻、電鍍和模型復(fù)制)技術(shù)也取得了長足進(jìn)展，在眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用，發(fā)揮著獨特的作用。其優(yōu)勢在于它的高深寬比微結(jié)構(gòu)加工能力，而高深寬比微結(jié)構(gòu)來源于厚膜光刻膠的深度光刻，因此，厚膠工藝是LIGA技術(shù)的關(guān)鍵之一。
LIGA技術(shù)的光刻膠以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)最為常用，對于厚度在400微米以下的光刻膠，一般采用液體光刻膠在特殊襯底上注模成型辦法制備(J．Mohr et al，Requirements on resist layers in deep-etch synchrotronradiation lithography，J．of vacuum science & technology B，6(6)，1988，2264～2267)，如果希望光刻膠厚度明顯大于400微米，上述工藝將難以勝任，因為光刻膠在注模固化過程中存在一定程度的體積收縮，從而導(dǎo)致成型光刻膠有相當(dāng)大的張應(yīng)力，厚膠可能導(dǎo)致襯底嚴(yán)重彎曲變形甚至損壞，也可能使固化的光刻膠產(chǎn)生大量微裂紋，根本無法使用。
然而，LIGA技術(shù)的優(yōu)勢主要在于其厚膠加工能力，厚膠工藝是無法回避的，目前解決問題的辦法采用厚膜粘貼工藝(B．Chaudhuri et al，Photoresistapplication for the LIGA process，Microsystem Technologies4(1998)，159～162)。
該工藝首先選擇可以用同步輻射X射線光源曝光的商品PMMA膜片(如Goodfellow，AIN plastics，ATO-Haas等公司的產(chǎn)品)，經(jīng)特定工藝熱處理并徹底干燥后，用少量PMMA單體溶液做粘合劑，細(xì)心地粘貼到特殊的導(dǎo)電襯底上，因為良好結(jié)合力和導(dǎo)電性是后續(xù)微電鑄工藝的前提，所以，目前僅有為數(shù)不多的襯底能夠同時滿足上述要求，可供選擇的余地很小。然后在一定溫度下保溫使粘接劑中的溶劑經(jīng)過PMMA膜片慢慢擴(kuò)散而出，最后用旋轉(zhuǎn)切拋法將粘附于襯底上的膜片減薄到希望的厚度即可。目前400微米以上的LIGA技術(shù)厚膠一般均依此工藝制作完成。
其實該工藝并不能完全消除光刻膠內(nèi)應(yīng)力過大的弊端，因為在用PMMA單體溶液粘合光刻膠膜片時，粘合劑中的溶劑是通過先被膜片內(nèi)側(cè)吸收，再從外側(cè)放出的方式揮發(fā)的，不但過程緩慢，而且不可避免地會導(dǎo)致膜片幾何尺寸的變化，先膨脹，再收縮，同樣會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，所不同的是這里的內(nèi)應(yīng)力對工藝條件的敏感度更高，控制得恰到好處，可以得到較低內(nèi)應(yīng)力的結(jié)果，一旦工藝流程中某一步驟操作失當(dāng)，便會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力顯著增大，而且像粘合劑的用量、粘結(jié)過程中溶劑揮發(fā)程度、粘結(jié)層厚度等因素的精確控制是十分困難的，加上疊合過程的可操作性較差，致使光刻膠膜片與導(dǎo)電性基底結(jié)合力難以保證，工藝成功率較低，對操作經(jīng)驗的依賴性大，加工難度較高。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種新的厚膜光刻膠制備方法，以降低內(nèi)應(yīng)力，提高粘合效果，并且工藝簡單、穩(wěn)定可靠，提高制備效率和成品率。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明提出了一種厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法，通過聚合物膜低溫金屬化工藝制備厚膜光刻膠?；具^程如下選擇厚度1mm以上的聚合物膜片，如商品PMMA膜片，分割成需要的大小，按照傳統(tǒng)工藝清洗、干燥并熱處理，然后在其一側(cè)表面沉積導(dǎo)電性支撐層，達(dá)到一側(cè)金屬化目的，接著以聚合物膜片金屬化的一面與較厚的金屬或玻璃基片粘合成一體，最后用旋轉(zhuǎn)切銑方法對聚合物膜片進(jìn)行減薄，便可以得到任意厚度的厚膜光刻膠，一般厚度在200微米到2毫米之間。
本發(fā)明的金屬化過程應(yīng)盡量在較低溫度下完成，可以供選擇的金屬化途徑有等離子體沉積方法、化學(xué)鍍方法和涂覆導(dǎo)電膠方法等多種選擇，但要求導(dǎo)電性涂層與所選擇的聚合物有牢固的結(jié)合并能夠作為微電鑄的起始層。由于磁控濺射最有利于獲得良好結(jié)合力，應(yīng)是較好的選擇，但是濺射沉積通常速度較慢，因此可以先濺射沉積一層厚度為十到一百納米的金屬種子層，接著用電鍍方法快速加厚到1～3微米?？紤]到兼顧結(jié)合力和電鑄起始層作用，金屬導(dǎo)電性支撐層不僅可以是單金屬薄膜，金屬或合金的多層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)往往更能夠勝任，比如Cr／Cu、Cr／Ni、Cr／Au、Ti／Ni等。粘合劑宜選擇不含揮發(fā)性成份的環(huán)氧樹脂類或硅膠，能夠保證減薄過程中不會脫落即可，基底以金屬或玻璃等強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性良好的材料為宜，這樣可以減少基底厚度，改善厚膠在光刻或反應(yīng)離子刻蝕過程中的熱量疏散能力。
本發(fā)明同樣適用于加工除PMMA之外的其它聚合物膜片，如聚酰亞胺(PI)、PS(聚酯)、PE(聚乙烯)和PP(聚丙烯)等等，這些聚合物加工后有的也可以作為LIGA技術(shù)光刻膠，有的可以用于其它準(zhǔn)LIGA技術(shù)，如深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)／激光LIGA等，制備高深寬比微結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與現(xiàn)行的PMMA膜片直接粘貼工藝有本質(zhì)區(qū)別，首先，金屬導(dǎo)電層直接沉積到聚合物膜片上，適當(dāng)選擇可以保證聚合物薄膜與作為微電鑄起始層的金屬膜的結(jié)合強(qiáng)度，確保加工后微結(jié)構(gòu)不致脫落，而且可供選擇的金屬化介質(zhì)比較多，可以是與PMMA有良好結(jié)合力的單金屬薄膜，也可以通過過渡層進(jìn)一步提高結(jié)合強(qiáng)度；其次，粘合劑不再必須是PMMA的單體，因為粘合劑處于微電鑄起始層的下面，不再需要具有感光能力，所以，選擇余地很大，可以用不含溶劑的任何粘合劑，比如環(huán)氧樹脂類膠黏劑，不存在溶劑擴(kuò)散的問題，同時諸如微小孔隙甚至小范圍的粘合劑缺失也是可以容忍的，在不需要減薄的情況下，甚至不需要粘結(jié)到較厚基底上，便可以直接用于曝光，基本避免了粘結(jié)所造成的失敗；第三，襯底材料無需特殊加工，有更大選擇余地。保證基底與聚合物膜片有足夠的結(jié)合力是加工后高深寬比微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的先決條件，也是后續(xù)微電鑄加工的前提，為此，現(xiàn)行的基底必須有特別處理的氧化鈦或氧化銅表面，才能使上述必須的結(jié)合力得到保證，然在本發(fā)明中，基底僅僅起到對聚合物膜片的整體支撐作用，通過普通粘合劑與聚合物膜片的金屬化表面粘合，便可以得到達(dá)到使用要求。鑒于上述原因，本發(fā)明消除了光刻膠制備過程中可能導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力異常增大的主要影響因素，回避了粘合效果影響加工后微結(jié)構(gòu)與基底結(jié)合力的難題，避免了復(fù)雜的襯底加工過程，工藝穩(wěn)定可靠，從本質(zhì)上解決了影響成品率的技術(shù)難題。
實施例取直徑50mm，厚1mm的PMMA薄片，異丙醇清洗，凈化空氣吹干，熱處理后用Z-550磁控濺射機(jī)在其一側(cè)表面上先沉積10nm Cr，再沉積40nm Ni，然后在瓦特鎳電鍍液中快速電鍍鎳加厚到2．5微米，取出清洗并常溫干燥，用商品的環(huán)氧粘合劑504膠將金屬化一面與干凈的3英寸玻璃基片粘合在一起，待粘合劑固化后，用旋轉(zhuǎn)切銑方法減薄到400微米，便可以用于同步輻射曝光或其它高深寬比結(jié)構(gòu)微加工。
權(quán)利要求
1.一種厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法，其特征在于選擇厚度1mm以上的聚合物膜片，分割成需要的大小，經(jīng)清洗、干燥并熱處理，然后采用磁控濺射對膜片一側(cè)金屬化，即在較低溫度下對膜片一側(cè)表面沉積導(dǎo)電性支撐層，先濺射沉積一層厚度為10納米～100納米的金屬種子層，再用電鍍方法快速加厚到1～3微米，之后用粘結(jié)劑將聚合物膜片金屬化的一面與金屬或玻璃基底粘合成一體，最后用旋轉(zhuǎn)切銑方法對聚合物膜片進(jìn)行減薄到200微米～2毫米。
2.如權(quán)利要求1所說的厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法，其特征在于所說的膜片一側(cè)表面金屬化過程還可以采用其它低溫等離子體沉積方法、化學(xué)鍍方法和涂覆導(dǎo)電膠方法等。
3.如權(quán)利要求1或2所說的厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法，其特征在于所說的聚合物膜片可以是聚甲基丙烯酸PMMA、聚酰亞胺PI、聚酯PS、聚乙烯PE或聚丙烯PP等。
4.如權(quán)利要求1或2所說的厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法，其特征在于所說的金屬導(dǎo)電性支撐層可以是單金屬薄膜，也可以是金屬或合金的多層膜，如Cr／Cu、Cr／Ni、Cr／Au、Ti／Ni等。
6.如權(quán)利要求1或2所說的厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法，其特征在于所說的粘合劑選擇不含揮發(fā)性成份的環(huán)氧樹脂類或硅膠。
5.如權(quán)利要求1所說的厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法，其特征在于所說的基底采用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性良好的金屬或玻璃等。
全文摘要
一種厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法,在聚合物膜片如聚甲基丙烯酸PMMA的一側(cè)表面,采用磁控濺射等方法,低溫沉積厚度為10納米～100納米的金屬種子層,然后將所得金屬化膜片以金屬化之側(cè)面與金屬或玻璃基底粘合,再對聚合物膜片進(jìn)行減薄。金屬導(dǎo)電性支撐層可以是單金屬薄膜,也可以是金屬或合金的多層膜。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中厚膠內(nèi)應(yīng)力大、粘合效果不理想的難題,工藝穩(wěn)定可靠,提高了制備效率和成品率。
文檔編號H01L21/306GK1278612SQ0011654
公開日2001年1月3日 申請日期2000年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月15日
發(fā)明者丁桂甫 申請人:上海交通大學(xué)