CN102147569A - 多层结构的微部件及固化的su8光刻胶薄片的加工方法 - Google Patents

多层结构的微部件及固化的su8光刻胶薄片的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层结构的微部件及固化的SU8光刻胶薄片的加工方法，包括步骤：a.在金属种子层的基底上匀胶、烘胶；b.对烘干的胶进行紫外线曝光；c.对曝光的光刻胶进行后烘、显影；d.粘贴固化的SU8光刻胶薄片；e.对d中的固化的SU8光刻胶薄片进行曝光；f.对e中的固化的SU8光刻胶薄片进行后烘、显影；g.溅射金属导电层；h.粘贴固化的SU8光刻胶薄片；i.对h中固化的SU8光刻胶薄片进行曝光；j.对i中固化的SU8光刻胶薄片进行后烘、显影；k.电铸。有益效果是：由于使用固化的SU8光刻胶薄片，避免对上一层图案的破坏，对相邻两层之间的图案大小没有限制，该微结构可为后续的装配过程提供更多的便利。

Description

多层结构的微部件及固化的SU8光刻胶薄片的加工方法
技术领域
本发明涉及微加工领域基于UV-LIGA技术制造微型机械部件，特别是涉及一种通过固化光刻胶制作多层结构的微部件的加工方法。
背景技术
具有高精度的微部件在钟表业和生物微型机电系统(bio-MEMS)中都有重要的应用。与传统的通过去除材料来实现功能的机械加工不同，基于紫外光深刻模造法(UV-LIGA)的加工技术是一种通过原子堆积而得到微部件的加工技术。这种技术可以给X-Y平面内的设计带来很大的自由度，从而实现较为复杂的微部件的加工。在许多应用当中，由于微部件装的尺寸较小难以装配，于是出现了对多层的微部件加工方式的需求。
钟表制造业和bio-MEMS领域，微部件要求具有精确的外形和光洁的侧壁。这些要求对于传统的加工方式是一个很大的挑战。同时，为了减少后续装配过程中可能出现的装配误差，微部件通常会采用具有多层结构的设计。现有的UV-LIGA可以实现高精度外形和光洁侧壁的完美结合。以电铸镍部件为例，外形的误差可以很容易的被控制在1微米以内，同时可以得到粗糙度小于50纳米的侧壁。图1是现有的UV-LIGA生产流程图，如图1所示，首先在具有种子层的基底上覆盖一层光刻胶，烘干之后进行曝光显影；紧接着再进行匀胶、烘胶、曝光、显影，来定义第二层的图案；然后用同样的方法来定义第三层图案。图1中(a，d，g)为匀胶、烘胶过程，(b，e，i)为曝光过程；(c，f，j)为后烘、显影过程；(k)为电铸过程。
从图1可以看出，当第二层光刻胶覆盖在第一层图案上的时候，第一层图案会被光刻胶填充。为了防止在第二次曝光的时候破坏第一层的图案，就要求被第二层光刻胶填充的图案要得到保护，这样就要求第二层的图案要比第一层大。同样，第三层的图案要比第二层更大，依此类推。用这种方法得到的微部件只是标准的阶梯状结构，在该方法中液态SU8涂在前一层定义好的图案上，液态的光刻胶填埋所有图案。但该方法会对下一层曝光造成限制，并对上一层图案造成损坏，无法实现不规则的微结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服已有技术的缺点，提供一种非标准多层结构的微部件的加工方法。
本发明所采用的技术方案是：一种固化的SU8光刻胶薄片的加工方法，包括以下步骤：
A.在涂有AZ4620光刻胶的硅片上面涂腊；
B.在涂腊的硅片上覆盖铝箔；
C.在覆盖铝箔的硅片上匀液态的SU8光刻胶，并烘胶；
D.取下硅片；
E.揭下铝箔，得到固化的SU8光刻胶薄片。
一种多层结构微部件的加工方法，包括以下步骤：
(a)在金属种子层的基底上匀胶、烘胶；
(b)对烘干的胶进行紫外线曝光；
(c)对曝光的光刻胶进行后烘、显影；
(d)粘贴固化的SU8光刻胶薄片；
(e)对(d)中的固化的SU8光刻胶薄片进行曝光；
(f)对(e)中的固化的SU8光刻胶薄片进行后烘、显影；
(g)溅射金属导电层；
(h)粘贴固化的SU8光刻胶薄片；
(i)对(h)中的固化的SU8光刻胶薄片进行曝光；
(j)对(i)中的固化的SU8光刻胶薄片进行后烘、显影；
(k)电铸。
通过重复所述(d)、(e)、(f)、(g)步骤1次至5次，能够获得第四层至第八层微部件。
本发明的有益效果是：由于使用固化的SU8光刻胶薄片，避免了对上一层图案的破坏，对相邻两层之间的图案大小没有限制，该微结构可以为后续的装配过程提供更多的便利。
附图说明
图1是现有的UV-LIGA流程图：
图2是本发明多层结构的UV-LIGA流程图；
图3是固化的SU8光刻胶薄片加工方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
光刻胶SU8是一种负胶，在光刻及后烘之后会发生交联反应，从而得到一个具有很好的机械性能的结构。但是在没有经过曝光和后烘的时候，固化的SU8具有很高的脆性，这使得固化的SU8很难从基底上取下。
图3是固化的SU8光刻胶薄片可顺利从基底上取下的加工方法流程图：图中，(a)在硅片基底上涂腊；(b)将铝箔贴在硅片上；(c)匀胶、烘胶；(d)取下硅片；(e)揭下铝箔。
下面对固化SU8光刻胶薄片的剥离方法作一说明：
A.在涂有AZ4620光刻胶的硅片上面涂腊。为了获得平整的表面，选用硅片作为基底。由于腊和硅片的浸润很差，为了保证铝箔贴到硅片上仍旧保持平整，首先在硅片上面均匀的涂一层AZ4620光刻胶(3000rpm，15秒)。在90℃的热台上烘5分钟。然后将腊涂在硅片上，涂的时候尽可能保持平整。
B.在涂腊的硅片上覆盖铝箔。完成涂腊之后，将铝箔覆盖在硅片上，为了保持铝箔的平整，在铝箔上面覆盖硅片并施加50牛顿的压力，保持5分钟。关掉热台，让硅片自然冷却到室温。
C.在覆盖了铝箔的硅片上匀液态的SU8光刻胶，并烘胶。
D.取下硅片。在SU8光刻胶烘干之后，将热台加热到40℃，这个温度下腊开始变软，此时可以比较容易的将硅基底同带有SU8胶的铝箔分离。
E.揭下铝箔。和硅片基底分离之后，铝箔上仍旧有一些腊留在表面，为了避免存放的时候污染固化的SU8光刻胶薄片，需要将铝箔揭下。此时得到固化的SU8光刻胶薄片。
本发明制作的多层结构的微部件是利用固化的SU8光刻胶薄片，在定义的图案之后，把事先固化好的SU8光刻胶薄片贴在图案之上。
实施例1：现以制作三层结构的微部件为例进行说明。
图2是本发明多层结构的UV-LIGA流程图；图中(a)为匀胶，(b，e，i)为曝光；(d，h)为粘贴固化SU8薄片；(c，f，j)为后烘、显影；(g)为溅射；(k)为电铸。
如图2所示，本发明多层结构的微部件的加工方法，包括以下步骤：
(a)在具有金属种子层的基底上面匀胶，匀胶的转速和所选胶的种类以及需要的厚度有关。以选用SU82100为例，采用1000rpm的转速匀胶25秒，得到胶的厚度在100微米左右。匀胶之后在热台上进行烘胶：首先把热台温度设置在65℃，保持30分钟，然后把热台温度升高到96℃，并保持90分钟；
(b)对烘干的SU8光刻胶进行紫外线曝光，如选用Karl Suss MA4光刻机；
(c)对曝光的光刻胶进行后烘，其目的在于让紫外线光照过的SU8胶交联。后烘同样采用两个温度设置，首先在65℃的热台上烘5分钟，然后在96度热台上烘10分钟。后烘结束后要注意冷却速度不宜过快，以免造成SU8胶的撕裂。在后烘过的SU8冷却到室温3小时后，对SU8进行显影。显影时要注意观察光刻胶上的图案，以免显影时间太长破坏图案；
(d)粘贴固化的SU8光刻胶薄片。首先将带有第一层图案的基底放在60℃的热台上，然后把固化SU8薄片贴在第一层图案上，保持20分钟；
(e)对(d)中固化的SU8光刻胶薄片进行曝光，同(b)所述；
(f)对(e)中的固化SU8薄片进行后烘、显影，同(c)所述；
(g)溅射；由于(e)中定义的图案比(b)中定义的图案要大，为了保证后面电铸效果，在这层图案上面溅射一层金属导电层；
(h)固化SU8薄片贴的粘贴，同(d)；
(i)对(h)中的固化SU8薄片进行曝光，同(b)所述；
(j)对(i)中的固化SU8薄片进行后烘、显影，同(c)所述；
(k)电铸。电铸中所使用的电流大小视暴露的导电图案大小而定，电流密度选为1A/dm2。
通过重复上述(d)、(e)、(f)、(g)步骤1次至5次，能够获得第四层至第八层微部件。
本发明由于使用固化的SU8光刻胶薄片，避免了对上一层图案的破坏，能够制作出相邻两层之间不同大小的图案，实现真正多层结构的微部件的加工，该微结构可以为后续的装配过程提供更多的便利。
值得指出的是，本发明并不限实施例中所举出的三层结构的微部件的加工，根据本发明思想和方法，可以根据需要制作出多层结构的微部件，只要本领域普通技术人员利用固化光刻胶SU8薄片制作的多层结构的微部件，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种固化的SU8光刻胶薄片的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.在涂有AZ4620光刻胶的硅片上面涂腊；
B.在涂腊的硅片上覆盖铝箔；
C.在覆盖铝箔的硅片上匀液态的SU8光刻胶，并烘胶；
D.取下硅片；
E.揭下铝箔，得到固化的SU8光刻胶薄片。
2.一种多层结构的微部件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在金属种子层的基底上匀胶、烘胶；
(b)对烘干的胶进行紫外线曝光；
(c)对曝光的光刻胶进行后烘、显影；
(d)粘贴固化的SU8光刻胶薄片；
(e)对(d)中的固化的SU8光刻胶薄片进行曝光；
(f)对(e)中的固化的SU8光刻胶薄片进行后烘、显影；
(g)溅射金属导电层；
(h)粘贴固化的SU8光刻胶薄片；
(i)对(h)中的固化的SU8光刻胶薄片进行曝光；
(j)对(i)中的固化的SU8光刻胶薄片进行后烘、显影；
(k)电铸。
3.根据权利要求2所述的多层结构的微部件的加工方法，其特征在于，通过重复所述(d)、(e)、(f)、(g)步骤1次至5次，能够获得第四层至第八层微部件。
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