CN1740404A - 金属光栅模版制作方法 - Google Patents
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Abstract
金属光栅模版的制作方法，其制作过程为，通过光刻工艺中的匀胶、曝光、显影等工序在金属表面形成光刻胶光栅图形后，把金属工件作为正电极，让有光栅图形的一面与负电极相对放置在电解液中，进行电解刻蚀，光刻胶光栅图形中裸露出来的金属表面逐渐被电解脱离，形成沟槽，而被光刻胶掩蔽的金属表面被保护下来，达到刻蚀深度后取出金属模块，去胶并清洗干净，得到金属光栅模版。采用本发明工艺制作金属光栅模版，具有设备简单，成本低，刻蚀速率快，刻蚀方向性好，刻蚀面光洁度好，刻蚀图形精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及金属光栅模版的制作方法，尤其涉及一种利用电解加工刻蚀工艺，制作金属光栅模版的方法。
技术背景
金属光栅模版应用于光栅元件复制和批量生产。目前金属光栅模版的制作工艺一般采用光刻工艺。光刻工艺包括匀胶、曝光、显影、刻蚀、去胶等主要工序。匀胶就是在已抛光的金属表面涂覆一层耐腐蚀的光刻胶。曝光就是在光刻胶层上加具有光栅图形的掩模，光照后将光栅图形转移到光刻胶上。显影就是用显影液溶解除去光刻胶上被曝光的部分，使需要腐蚀部分的金属表面裸露出来，而光刻胶上未被曝光的部分保留下来掩蔽不需要腐蚀部分的金属表面。通过以上匀胶、曝光、显影工序就在金属表面形成了光刻胶光栅图形。为了把光刻胶光栅图形继续转移到金属上需要进行刻蚀，通过刻蚀将显影后裸露出来的金属表面腐蚀掉，形成有一定深度的沟槽，而将有光刻胶掩蔽的区域保留下来。刻蚀结束后光刻胶就完成了作用，再通过去胶将金属表面所有余留的光刻胶去掉，即完成金属光栅模版制作。
以上所述的刻蚀方法有湿法刻蚀和干法刻蚀之分。湿法刻蚀是用化学腐蚀液进行刻蚀，其方法和设备简单，但存在严重的钻蚀效应，刻蚀图形精度不高。干法刻蚀现在一般采用反应离子刻蚀，它具有良好的方向性，能够刻蚀精细图形，但存在设备复杂，成本高，刻蚀速率慢，刻蚀面光洁度差等问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：针对以上湿法刻蚀和干法刻蚀的不足之处，提供一种利用电解加工的刻蚀工艺，该电解加工刻蚀工艺是利用金属在电解液中因电极反应而出现阳极溶解的原理，对工件进行刻蚀加工。
本发明的技术解决方案是：金属光栅模版制作方法，其特征在于：采用光刻工艺中的刻蚀工艺及电解加工的刻蚀工艺制作用于光盘驱动器激光头的精细金属光栅模版，具体步骤如下：
(1)首先通过匀胶、曝光、显影等工序，在金属工件表面形成光刻胶光栅图形，即没有光刻胶的地方金属表面裸露出来，而有光刻胶的地方金属表面被光刻胶掩蔽；
(2)把有光刻胶光栅图形的金属工件接电源正极作为正电极板与接电源负极的负电极板相对放置在电解液中，金属工件上有光栅图形的一面相对负电极放置，并调整好两者的距离，使待刻蚀的金属镍块与阴极的距离为18-22cm，接通电源，光刻胶光栅图形中裸露出来的金属表面接触电解液逐渐被电解脱离，形成沟槽，而被光刻胶掩蔽的金属表面因不接触电解液而被保护下来；
(3)电解液通过循环泵以一定速度从电极间隙中流过，带走金属阳极的溶解产物，使金属阳极溶解加快，直至达到所要求的刻蚀深度；
(4)在电解加工刻蚀中，通过调节电解液的浓度和温度、电流密度、电极的位置、刻蚀时间的长短等参数，控制刻蚀金属图形的深度、图形侧壁的陡直度及金属光栅模版表面光洁度等；实验中调节氨基磺酸镍电解液的浓度，使其比重达到25-35左右，电解液温度控制在25-35℃，将电解刻蚀电压控制在1.5-2.5V，将电解刻蚀时间控制在100-130秒，时间不宜过长；
(5)取出刻蚀好的金属工件，去胶并清洗干净，得到所需金属光栅模版。
本发明与现有技术的比较的优点在于：电解加工刻蚀工艺与湿法刻蚀工艺相比，具有刻蚀方向性好，刻蚀图形精度高的优点。电解加工刻蚀工艺与干法刻蚀的反应离子刻蚀工艺相比，具有设备简单，成本低，刻蚀速率快，刻蚀深度大，刻蚀面光洁度好等优点。本发明的方法除应用于金属光栅模版制作外，也可应用于微细加工领域中各种其他图形金属精密模版的制作。
附图说明
图1是已有技术制作金属光栅模版的工艺流程图；
图2是本发明技术制作金属光栅模版的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，现有技术制作金属光栅模版的方法是在抛光金属表面，匀胶，曝光，显影之后，采用湿法刻蚀或干法刻蚀的反应离子刻蚀工艺，在金属表面刻蚀出光栅图形，再经去胶后制成金属光栅模版。
如图2所示，本发明技术制作金属光栅模版的方法是在抛光金属表面，匀胶，曝光，显影之后，采用电解加工刻蚀工艺，在金属表面刻蚀出光栅图形，再经去胶后制成金属光栅模版。
本发明的一个典型实施例，是制作光盘驱动器激光头中用的光栅的金属镍光栅模版，其制作过程如下：
(1)将金属镍块上待制作光栅图形的一面的表面抛光；
(2)在抛光后的镍块表面用匀胶工艺涂覆一层耐腐蚀的光刻胶，光刻胶的厚度约为5.0μm；
(3)利用具有光栅图形的掩模，对光刻胶层曝光；
(4)显影，在光刻胶层上形成所需要的光栅图形，光栅的周期为16μm，占空比为0.5；
(5)将有光刻胶光栅图形的镍块放入电解槽中，接在电源阳极上，有图形的一面对着电源阴极放置。待刻蚀的金属镍块与阴极的距离为20cm。进行电解加工刻蚀，电解液是氨基磺酸镍，比重为32，电解刻蚀电压2.0V，电解刻蚀时间120秒，刻蚀深度1.2μm；
(6)去除镍块上的光刻胶层并清洗干净，得到所需的金属光栅镍模版。
利用本发明的电解加工刻蚀方法，可以制作出质量很高的金属光栅模版。通过本实施例制作出了表面粗糙度Ra＜8nm，深度为1.2μm，侧壁陡直度达到45°的高质量金属光栅镍模版。
Claims (5)
- (1)首先通过匀胶、曝光、显影等工序，在金属工件表面形成光刻胶光栅图形，即没有光刻胶的地方金属表面裸露出来，而有光刻胶的地方金属表面被光刻胶掩蔽；
- (2)把有光刻胶光栅图形的金属工件接电源正极作为正电极板与接电源负极的负电极板相对放置在电解液中，金属工件上有光栅图形的一面相对负电极放置，并调整好两者的距离，接通电源，光刻胶光栅图形中裸露出来的金属表面接触电解液逐渐被电解脱离，形成沟槽，而被光刻胶掩蔽的金属表面因不接触电解液而被保护下来；
- (3)电解液通过循环泵以一定速度从电极间隙中流过，带走金属阳极的溶解产物，可加快金属阳极的溶解，直至达到所要求的刻蚀深度；
- (4)在电解加工刻蚀中，通过调节电解液的浓度和温度、电流密度、电极的位置、刻蚀时间的长短等参数，控制刻蚀金属图形的深度、图形侧壁的陡直度及金属光栅模版表面光洁度等；
- (5)取出刻蚀好的金属工件，去胶并清洗干净，得到所需金属光栅模版。
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