高深宽比SU-8微结构的简易加工技术

　　高深宽比的微金属结构在制作微电机、微泵、微阀等三维微器件方面得到了广泛应用. LIGA(lithographie,galvanoformung,abformung)技术正是为适应这种需求而发展起来的微细加工新技术.它由X光深层光刻、微电铸和微复制3个环节组成^[1].由于LIGA技术需要昂贵的同步辐射光源和X光掩模版,限制了它的广泛应用^[1-2].通过紫外光刻制作高深宽比的微结构,结合微电铸和微复制可大大降低微器件的制作成本.

　　近年来研制成功的SU28负光胶是一种环氧基负光胶^[3],它具有良好的光敏性,对紫外光的吸收很小,一次涂覆就能得到厚度大于0.5 mm的光胶层.因此,用UV光刻在SU28光胶层上制作高深宽比的微结构已引起广泛兴趣^[4-6].但在用甩胶机涂覆光胶时,由于SU28的高黏度使其很难得到表面平整的厚光胶层,并存在“边缘水珠效应”^[7-8],即光胶层边缘比中间部分略厚.因此光刻掩模与SU28光胶层间存在空气间隙,使光刻的分辨率变差^[2].同时SU28负光胶一般涂覆在硅片表面,光刻时如果曝光剂量不足,光胶间的交联强度不够,显影时容易发生底部钻蚀,严重时会使微结构倒塌黏连^[9];如果曝光剂量过量,由于基底材料对紫外光的反射,引起光胶层底部过度曝光,导致微结构底部线宽增大,甚至使微通道堵塞^[10].Chuang等人^[10]使用抗反射涂层来减小反射光的影响.

　　为了克服厚光胶层表面不平、“边缘水珠效应”等问题,Peterman等人^[11]报道了用反面曝光法制备高深宽比SU28微结构的方法,但需用费用昂贵的反应离子刻蚀技术将图形转移到玻璃表面的无定型硅薄膜上.本研究利用氧化铟锡(ITO)玻璃的导电性建立了一种高深宽比SU28微结构的简易加工方法,使用设备简单,加工成本低.

　　1　实验部分

　　1.1　仪器与试剂

　　JKG22A型光刻机(7 mW/cm²,上海光学机械厂),KW24A型台式甩胶机(中国科学院微电子中心研究部),DZF26020型真空干燥箱(上海精宏实验设备有限公司); AZ24620正光胶(Shipley Co.Inc), SU28 2100负光胶(Microchem, Newton,MA, USA),氨基磺酸镍电镀液(pH 3.0~4.0,镍离子浓度为1 mol/L,硼酸0.5 mol/L,表面活性剂0.2 g/L),乙二醇乙醚乙酸酯,NaOH溶液(质量分数为0.7%),丙酮.

　　1.2　高深宽比SU28微结构的制备

　　制备高深宽比SU28微结构的工艺流程如图1所示.在导电玻璃(面电阻<30Ω/cm,金坛康达克应用于薄膜中心)的ITO层上涂覆一层3μm厚的AZ24620正光胶,于95℃前烘10 min后,用常规的接触式曝光法UV光刻(图1(a)),用质量分数为0.7%的NaOH溶液显影除去已曝光的AZ24620光胶后,将光刻掩模上的图形转移到AZ24620光胶层上(图1(b)),利用ITO玻璃的导电性,于氨基磺酸镍电镀液中在AZ24620光胶曝光处电沉积镍(图1(c)),用丙酮除去光胶后,原掩膜图形可保真地转移到ITO玻璃表面的镍镀层上(图1(d)).用台式甩胶机在镍镀层上涂覆SU28厚光胶后(图1(e)),于65℃保持5 min,再升温至95℃前烘一定时间后(见表1),冷却至室温.使紫外光透过ITO玻璃基底进行反面曝光(图1(f)).于65℃保持1 min后,以2℃/min的速度程序升温至95℃中烘一定时间(见表1),再以1℃/min的速度慢慢冷却至室温.在乙二醇乙醚乙酸酯中显影后,用异丙醇冲洗干净,用氮气流吹干后于120℃后烘30 min后,制得高深宽比SU28微结构(图1(g)).制备不同厚度SU28光胶微结构的工艺参数见表1.