CN103436923B - 超声提高su-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过超声技术来提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法，属于微制造技术领域，特别涉及到提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法。其特征是：在光刻过程中，在后烘之后、显影之前进行超声处理来提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度，区别于传统的SU-8胶光刻工艺流程“研磨和清洗金属基底—旋涂SU-8光刻胶—前烘—曝光—后烘—显影”，该方法采用“研磨和清洗金属基底—旋涂SU-8光刻胶—前烘—曝光—后烘—超声处理—显影”。本发明的效果和益处是通过在SU-8胶光刻的过程中对胶层进行超声处理，使SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度提高了58.7%，具有简单、高效、经济的特点，能够显著地提高胶模的尺寸精度和可靠性，从而提高微器件的成品率。
Description
技术领域
本发明属于微制造技术领域，特别涉及到提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法。
背景技术
随着MEMS（微电子机械系统）技术的迅速发展，金属微器件的需求量在逐渐增加。基于SU-8光刻胶的UV-LIGA技术是制作金属微器件的有效方法之一。在以SU-8UV-LIGA技术制作金属微器件的过程中，人们开始考虑直接将金属作为基底制作器件，这样具有工序少，电铸时间短、基底不易损坏等优点。然而，SU-8光刻胶薄膜在光刻过程中与金属基底结合性能较差，容易产生胶体与基底结合失败，出现脱落现象，甚至造成图形的彻底损坏，严重影响了器件的成品率和可靠性。为了提高SU-8光刻胶与金属基底界面的结合强度，通常采用工艺参数优化和基底处理等方法：杂志Electrophoresis2006年第27卷、第16期、第3284～3296页中通过优化工艺参数的方法，即通过对曝光剂量、前烘时间的优化改善了SU-8光刻胶与金属基底之间的结合力。但这种方法一般都是针对某种微器件进行研究，研究的过程中需要进行大量的重复性实验才能选出最优的工艺参数，因此实验成本高、应用范围小。杂志MicroelectronicEngineering2005年第78～79卷第152～157页中通过使用附着力促进剂增加了SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度。然而，在电铸前的附着力促进剂去除过程中，附着力促进剂会不可避免的出现一定程度的侧蚀，导致电铸后微器件的侧壁产生台阶，这严重影响了电铸器件的尺寸精度。目前，在微电铸器件制造领域，建立一种简单、高效的提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法具有重要的实用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过超声技术来提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法，即通过在SU-8胶光刻的过程中对胶层进行超声处理，从而改变SU-8光刻胶与金属基底界面间的结合强度，来解决工艺参数优化和基底处理方法的不足和应用的局限性。
本发明的技术方案是：通过控制光刻过程中超声输入功率，获得提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法。其特征是：在光刻过程中，在后烘之后、显影之前进行超声处理来提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度。区别于传统的光刻工艺流程“研磨和清洗金属基底——旋涂SU-8光刻胶——前烘——曝光——后烘——显影”，该方法采用“研磨和清洗金属基底——旋涂SU-8光刻胶——前烘——曝光——后烘——超声处理——显影”。制作SU-8光刻胶模的步骤如下：
a.研磨、清洗金属基底并旋涂SU-8光刻胶
用1000号砂纸对金属基底进行研磨,使表面粗糙度Ra小于0.06μm；用丙酮擦洗基底并将其置于丙酮中超声清洗20～25min，再置于乙醇中超声清洗20～25min，经去离子水冲洗和氮气吹干，然后烘干。将烘干后的金属基底冷却至室温，在其表面旋转涂覆SU-8光刻胶。
b.前烘、曝光和后烘
将涂覆了SU-8光刻胶的金属基底置于烘箱中进行前烘，采用阶梯式逐渐升温的方式，前烘温度和时间分别为：65℃，2.5h；75℃，2.5h；85℃，1h，然后冷却至室温；曝光时间为2～4min，曝光剂量为350mJ/cm2～400mJ/cm2；将其放置在热板上进行后烘，热板温度为85℃，后烘时间为2～3min。后烘结束后，将涂覆SU-8光刻胶膜的基底从热板上取下，使其缓慢自然冷却至室温。
c.超声处理
将旋涂了SU-8光刻胶的金属基底固定到超声装置的工作台上。通过调节激励电流来改变超声功率。激励电流为0.4～0.8A，超声输入功率为150～350W，超声频率为20kHz，超声时间为10min。
d.显影
对超声处理后的SU-8光刻胶膜进行显影，显影3～5min后得到微电铸胶模型。用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。
本发明的效果和益处是：提供一种通过光刻过程中在后烘之后、显影之前对SU-8光刻胶膜进行超声处理来提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法，解决了工艺参数优化和基底处理方法的不足和应用的局限性，具有简单、高效、经济的特点，能显著地提高胶模的尺寸精度和可靠性，从而提高微器件的成品率。
附图说明
图1是SU-8胶光刻及超声处理工艺流程图。
图2是SU-8光刻胶与金属基底界面示意图。
在图2中：1金属基底；2SU-8光刻胶层；3胶膜型腔。
图3是曝光工序示意图。
图4是超声处理工序示意图。
图5是显影工序示意图。
在图3～图5中：①掩模板；②SU-8光刻胶；③金属基底；UV紫外光；US超声。
图6是超声处理示意图。
在图6中：4涂胶基板；5超声工作台；6超声变幅杆；7超声发生装置。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例：如附图2，将SU-8光刻胶1旋涂在尺寸为60mm×60mm×400μm的316L不锈钢基底2上，在后烘之后、显影之前对胶膜进行超声处理，超声电流选用0.8A/dm2。SU-8胶光刻及超声处理工艺的具体步骤如下：
1.研磨、清洗金属基底并旋涂SU-8光刻胶
用1000号砂纸对316L不锈钢基底进行研磨,使表面粗糙度Ra小于0.06μm；用丙酮擦洗基底然后将其先后置于丙酮和乙醇中各超声清洗20min，再经去离子水冲洗，用氮气吹干，然后置于120℃的烘箱内烘2h。将烘干后的金属基底冷却至室温，在其表面旋转涂覆SU-82075光刻胶，用台式匀胶机对其进行匀胶，转速为1350r/min，得到的胶膜厚度约为90μm。
2.前烘、曝光和后烘
将涂覆了SU-8光刻胶的316L不锈钢金属基底置于烘箱中进行前烘，采用阶梯式逐渐升温的方式：在65℃时烘2.5h，升温至75℃时烘2.5h，再升温至85℃烘1h，然后冷却至室温；采用曝光机对SU-8光刻胶进行曝光，如附图3，曝光时间为3min，曝光剂量为400mJ/cm2；将曝光后的片子放置在热板上进行后烘，热板温度为85℃，后烘时间为3min。后烘结束后，将片子从热板上取下，使其缓慢冷却，直至室温。
3.超声处理
将旋涂了SU-8光刻胶的316L不锈钢基底固定到超声工作台上。通过调节激励电流来改变超声功率。激励电流为0.8A，对应的超声输入功率为350W，超声频率为20kHz，超声时间为10min。超声后将片子取下。见附图4及附图6。
4.显影
对超声处理后的SU-8光刻胶膜进行显影，显影3min后得到SU-8光刻胶模型，见附图5。用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。
采用本发明提供的通过光刻过程中在后烘之后、显影之前对SU-8光刻胶膜进行超声处理的方法，与不加入超声处理过程的常规光刻工艺相比，SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度提高了58.7%。本方法能够提高胶模的尺寸精度和可靠性，从而提高微器件的成品率，具有简单、高效、经济的特点。
Claims (1)
1.一种超声提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度的方法，通过在SU-8胶光刻的过程中对胶层进行超声处理来提高SU-8光刻胶与金属基底界面结合强度，其特征在于其步骤如下：
a.研磨、清洗金属基底并旋涂SU-8光刻胶
用1000号砂纸对金属基底进行研磨,使表面粗糙度Ra小于0.06μm；用丙酮擦洗基底并将其置于丙酮中超声清洗20～25min，再置于乙醇中超声清洗20～25min，经去离子水冲洗和氮气吹干，然后烘干；将烘干后的金属基底冷却至室温，在其表面旋转涂覆SU-8光刻胶；
b.前烘、曝光和后烘
将涂覆了SU-8光刻胶的金属基底置于烘箱中进行前烘，采用阶梯式逐渐升温的方式，前烘温度和时间分别为：65℃，2.5h；75℃，2.5h；85℃，1h，然后冷却至室温；曝光时间为2～4min，曝光剂量为350mJ/cm2～400mJ/cm2；将其放置在热板上进行后烘，热板温度为85℃，后烘时间为2～3min；后烘结束后，将涂覆SU-8光刻胶膜的基底从热板上取下，使其缓慢冷却，直至室温；
c.超声处理
将旋涂了SU-8光刻胶的金属基底固定到超声装置的工作台上，通过调节激励电流来改变超声功率，激励电流为0.4～0.8A，超声输入功率为150～350W，超声频率为20kHz，超声时间为10min；
d.显影
对超声处理后的SU-8光刻胶膜进行显影，显影3～5min后得到微电铸胶模型；用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干。
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