專利名稱：厚膜光刻膠的低溫金屬化制備方法
技術領域：
本發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的厚膜光刻膠制備方法，屬于微加工技術領域。
近年來，隨著微型機電系統及其相關技術研究的日益深入，LIGA(德語LITHOGRAPHIE、GALVANOFORMUNG和ABFORMTECHNIK的縮寫，分別指光刻、電鍍和模型復制)技術也取得了長足進展，在眾多領域得到應用，發揮著獨特的作用。其優勢在于它的高深寬比微結構加工能力，而高深寬比微結構來源于厚膜光刻膠的深度光刻，因此，厚膠工藝是LIGA技術的關鍵之一。
LIGA技術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，從而導致成型光刻膠有相當大的張應力，厚膠可能導致襯底嚴重彎曲變形甚至損壞，也可能使固化的光刻膠產生大量微裂紋，根本無法使用。
然而，LIGA技術的優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等公司的產品)，經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，細心地粘貼到特殊的導電襯底上，因為良好結合力和導電性是后續微電鑄工藝的前提，所以，目前僅有為數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過PMMA膜片慢慢擴散而出，最后用旋轉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應力過大的弊端，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側吸收，再從外側放出的方式揮發的，不但過程緩慢，而且不可避免地會導致膜片幾何尺寸的變化，先膨脹，再收縮，同樣會導致內應力的產生，所不同的是這里的內應力對工藝條件的敏感度更高，控制得恰到好處，可以得到較低內應力的結果，一旦工藝流程中某一步驟操作失當，便會導致內應力顯著增大，而且像粘合劑的用量、粘結過程中溶劑揮發程度、粘結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電性基底結合力難以保證，工藝成功率較低，對操作經驗的依賴性大，加工難度較高。
本發明的目的在于針對現有技術的上述不足，提供一種新的厚膜光刻膠制備方法，以降低內應力，提高粘合效果，并且工藝簡單、穩定可靠，提高制備效率和成品率。
為實現這樣的目的，本發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。基本過程如下選擇厚度1mm以上的聚合物膜片，如商品PMMA膜片，分割成需要的大小，按照傳統工藝清洗、干燥并熱處理，然后在其一側表面沉積導電性支撐層，達到一側金屬化目的，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，最后用旋轉切銑方法對聚合物膜片進行減薄，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。
本發明的金屬化過程應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、化學鍍方法和涂覆導電膠方法等多種選擇，但要求導電性涂層與所選擇的聚合物有牢固的結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合力，應是較好的選擇，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。考慮到兼顧結合力和電鑄起始層作用，金屬導電性支撐層不僅可以是單金屬薄膜，金屬或合金的多層復合膜結構往往更能夠勝任，比如Cr／Cu、Cr／Ni、Cr／Au、Ti／Ni等。粘合劑宜選擇不含揮發性成份的環氧樹脂類或硅膠，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度高、導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離子刻蝕過程中的熱量疏散能力。
本發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技術光刻膠，有的可以用于其它準LIGA技術，如深反應離子刻蝕(DRIE)／激光LIGA等，制備高深寬比微結構。
本發明與現行的PMMA膜片直接粘貼工藝有本質區別，首先，金屬導電層直接沉積到聚合物膜片上，適當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合強度，確保加工后微結構不致脫落，而且可供選擇的金屬化介質比較多，可以是與PMMA有良好結合力的單金屬薄膜，也可以通過過渡層進一步提高結合強度；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，比如環氧樹脂類膠黏劑，不存在溶劑擴散的問題，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，甚至不需要粘結到較厚基底上，便可以直接用于曝光，基本避免了粘結所造成的失敗；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合力是加工后高深寬比微結構穩定的先決條件，也是后續微電鑄加工的前提，為此，現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合力得到保證，然在本發明中，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，便可以得到達到使用要求。鑒于上述原因，本發明消除了光刻膠制備過程中可能導致內應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構與基底結合力的難題，避免了復雜的襯底加工過程，工藝穩定可靠，從本質上解決了影響成品率的技術難題。
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磁控濺射機在其一側表面上先沉積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構微加工。
權利要求
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，經清洗、干燥并熱處理，然后采用磁控濺射對膜片一側金屬化，即在較低溫度下對膜片一側表面沉積導電性支撐層，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，最后用旋轉切銑方法對聚合物膜片進行減薄到200微米～2毫米。
2.如權利要求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、化學鍍方法和涂覆導電膠方法等。
3.如權利要求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性成份的環氧樹脂類或硅膠。
5.如權利要求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度高、導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面與金屬或玻璃基底粘合,再對聚合物膜片進行減薄。金屬導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。本發明解決了現有技術中厚膠內應力大、粘合效果不理想的難題,工藝穩定可靠,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 優先權日2000年6月15日
發明者丁桂甫 申請人:上海交通大學