專利名稱：一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石英微機械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)常采用晶體材料來加工各種微結(jié)構(gòu)器件，基片材料一般可選用如石英玻璃或晶體、7740玻璃、硅片等。其加工工藝流程主要包括晶片清洗、薄膜沉積、光刻、腐蝕等。光刻質(zhì)量的好壞對半導體器件的性能影響很大，是生產(chǎn)中影響成品率的關(guān)鍵因素之一。光刻過程主要是利用光刻膠的感光特性，將結(jié)構(gòu)圖形和電極圖形從光刻版轉(zhuǎn)移到基片上。光刻膠分為干膜光刻膠和液體光刻膠。干膜光刻膠廣泛用于印刷電路板的銅線蝕刻，液體光刻膠主要用于IC、MEMS工藝，都是較為常見的掩蔽膜材料。其中，干膜光刻膠本身厚度較厚，光刻精度較差，在氫氟酸腐蝕后的三維石英微機械鏤空結(jié)構(gòu)邊緣附著較差。選用液體光刻膠利用噴膠技術(shù)可以很好的涂覆在三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面及側(cè)壁。影響三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極加工的因素主要有微機械結(jié)構(gòu)的表面清洗、光刻膠涂敷、曝光、顯影等?，F(xiàn)有的三維微機械表面電極加工，以鍍有金屬膜的三維石英微機械基片為例。先進行石英基片的清洗，將鍍有雙面Cr/Au金屬膜的石英基片浸入丙酮中，超聲清洗，以去除表面的有機物及顆粒等，然后用去離子水沖洗、烘干；利用噴膠機分別對三維石英基片的兩面進行光刻膠涂敷。前烘后，采用雙面曝光機，將電極版形轉(zhuǎn)移到光刻膠上。經(jīng)顯影后，未曝光的區(qū)域形成由光刻膠構(gòu)成的電極圖案，電極圖形外曝光的光刻膠溶解在顯影液中，露出下面的Cr/Au膜。通過化學腐蝕等手段，去除光刻膠電極圖案外的Cr/Au金屬膜。最后去除表面的光刻膠，完成三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工?，F(xiàn)有三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極加工難度較大。光刻膠在三維石英結(jié)構(gòu)表面的均勻涂覆是制作表面電極的基礎(chǔ)和難點。微機械結(jié)構(gòu)，尤其是經(jīng)過體加工腐蝕后的微機械結(jié)構(gòu)，具有大深寬比的特征。在各向異性腐蝕出的溝槽、V形槽、通槽結(jié)構(gòu)表面上傳統(tǒng)的涂膠方法由于重力、表面張力等因素，很難覆蓋在陡直的側(cè)壁或臺階邊緣，導致光刻膠在三維微機械結(jié)構(gòu)表面均勻性非常差，無法加工復雜的電極圖形。利用噴膠機，采用超聲霧化噴膠的方式，通過調(diào)整光刻膠配比，噴膠掃描速率，噴嘴距基片的高度等參數(shù)，能夠在三維石英微機械表面實現(xiàn)光刻膠的均勻涂覆。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，該方法的步驟包括I)清洗三維石英微機械結(jié)構(gòu)的金屬膜表面；2)在清洗后的金屬膜表面上噴膠得到光刻膠層，然后對光刻膠層進行曝光、顯影，最后進行光刻膠層的堅膜；3)采用光刻膠層作掩膜，用化學腐蝕的方法對金屬膜進行腐蝕，然后去除光刻膠層，完成三維微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工。步驟I)中所說的三維石英微機械結(jié)構(gòu)可以為帶有凹槽的結(jié)構(gòu)，也可以為鏤空的結(jié)構(gòu)；步驟I)中的清洗為超聲波清洗，采用乙醇或丙酮進行超聲波清洗，超聲時間為5-15min，超聲頻率為28-100kHz，超聲功率20-200W ；步驟2)噴膠的過程，可對不同形狀尺寸的三維石英微機械結(jié)構(gòu)進行噴膠，最大噴膠尺寸為20mmX 20mm,也可實現(xiàn)多片三維石英微機械結(jié)構(gòu)同時噴膠的功能；步驟2)中噴膠采用超聲霧化噴膠的方式，可實現(xiàn)對大深寬比結(jié)構(gòu)進行表面及側(cè)壁噴涂，得到厚度均勻的光刻膠層；噴膠后得到的光刻膠層的厚度為2-ΙΟμπι，光刻膠層厚度均勻性< ±10% ;步驟2)中曝光是對三維石英微機械結(jié)構(gòu)的雙面同時實現(xiàn)曝光，將電極版形轉(zhuǎn)移到已經(jīng)涂覆光刻膠層的三維石英微機械結(jié)構(gòu)的表面即正面和反面；步驟2)中顯影采用手動顯影的方式，顯影時間在60 300s ;顯影過程中用去離子水清洗時可增加超聲清洗環(huán)節(jié)，超聲時間5 15min，超聲頻率28 ΙΟΟΚΗζ，超聲功率20 200W。本發(fā)明的有益效果是I)可對不同尺寸和形狀的晶片進行噴膠，同時也可對大深寬比的三維石英微機械結(jié)構(gòu)側(cè)壁進行均勻涂膠；2)通過超聲噴霧式噴膠，消除了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)涂膠方法引入的離心力，改善了三維微機械結(jié)構(gòu)上光刻膠層的均勻性。3)通過在顯影步驟中增加超聲清洗環(huán)節(jié)，降低了光刻膠層對三維石英微機械結(jié)構(gòu)基底材料的粘附性，杜絕了電極加工時的短路情況。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。噴膠的過程為第一步，對帶有Cr/Au金屬膜的三維微機械結(jié)構(gòu)進行預烘，使三維微機械結(jié)構(gòu)干燥，保證三維微機械結(jié)構(gòu)與接下來要涂覆的光刻膠層保持良好的粘附性，粘附性差會導致在顯影過程中表面電極圖形的變形，甚至浮膠；將三維石英微機械結(jié)構(gòu)放入烘箱中，溫度80 200°C，時間20 60min。第二步，對三維石英微機械結(jié)構(gòu)噴膠，利用超聲霧化的方式，將AZ4620光刻膠噴涂到三維石英結(jié)構(gòu)表面，包括側(cè)壁。AZ4620光刻膠稀釋劑=O. 2 O. 6，噴嘴距基片的高度70 110mm，掃描速度60 120mm/min。第三步，將噴好一面光刻膠的三維石英微機械結(jié)構(gòu)進行前烘，放入熱板內(nèi)，溫度80 120°C,時間2 6min。第四步晶片翻面，對未涂膠面重復第二步。第五步，重復第三步。第六步，曝光。根據(jù)涂覆的光刻膠厚度，采取合適的曝光能量，確定曝光時間。第七步顯影。配套的顯影液為四甲基氫氧化銨，顯影時間為60 300s。第八步堅膜。將已經(jīng)形成光刻膠的表面電極圖案的三維石英微機械結(jié)構(gòu)放入烘箱內(nèi)，烘箱溫度為80 130°C，時間為20-60min?；瘜W腐蝕過程為首先，采用光刻膠作掩蔽膜，腐蝕三維微機械結(jié)構(gòu)光刻膠覆蓋區(qū)域之外的Au膜。腐蝕液為稀釋的王水，王水腐蝕液的配比為體積比HNO3 : HCL=1: 3，稀釋比例為O. 5 O. 8，腐蝕溫度為18 22°C的條件下，腐蝕15 60s。其次，Au膜腐蝕后，暴露出Au膜覆蓋下的Cr膜。采用Au膜作掩膜腐蝕Cr膜。有光刻膠和金膜覆蓋區(qū)域下的Cr被保護住，其余暴露的Cr膜，在去Cr腐蝕液的作用下被去除。腐蝕液為質(zhì)量比，硝酸鈰銨去離子水=O. 04 O. 07。腐蝕溫度為18 22°C，腐蝕時間10 50s。Cr膜去除干凈后，除表面電極圖形外的區(qū)域，露出三維微機械結(jié)構(gòu)的基底材料石英。最后，去除光刻膠后，獲得三維石英微機械結(jié)構(gòu)的Cr/Au表面電極。實施例一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，該方法的步驟包括I)采用丙酮超聲清洗三維石英微機械結(jié)構(gòu)的Cr/Au金屬膜表面；三維石英微機械結(jié)構(gòu)為帶有鏤空的結(jié)構(gòu)；超聲時間為lOmin，超聲頻率為IOOkHz，超聲功率60W;2)在清洗后的金屬膜表面上噴膠得到光刻膠層，然后對光刻膠層進行曝光、顯影，最后進行光刻膠層的堅膜；具體步驟為第一步，對帶有Cr/Au金屬膜的三維石英微機械結(jié)構(gòu)進行預烘，使三維石英微機械結(jié)構(gòu)干燥，保證三維石英微機械結(jié)構(gòu)與接下來要涂覆的光刻膠層保持良好的粘附性，粘附性差會導致在顯影過程中表面電極圖形的變形，甚至浮膠；將三維石英微機械結(jié)構(gòu)放入烘箱中，溫度100°c，時間30min ；第二步，用噴膠機對三維石英微機械結(jié)構(gòu)噴膠，利用超聲霧化的方式，將稀釋后的AZ4620光刻膠噴涂到三維石英微機械結(jié)構(gòu)的正面，包括側(cè)壁；所使用的AZ4620光刻膠是用AZ4620稀釋劑進行的稀釋，AZ4620光刻膠與AZ4620稀釋劑的體積比為O. 5，噴膠機的噴嘴距三維石英微機械結(jié)構(gòu)的高度為90mm，噴膠機噴嘴的掃描速率為100mm/min ；第三步，將噴好正面光刻膠層的三維石英微機械結(jié)構(gòu)放入熱板內(nèi)進行前烘，前烘溫度90°C，前烘時間3min ；第四步將三維石英微機械結(jié)構(gòu)翻至反面，對未涂膠面重復第二步中的噴膠過程;第五步，重復第三步中的前烘過程；第六步，進行曝光，曝光時間為60s ；第七步進行顯影；顯影過程所使用的顯影液為四甲基氫氧化銨，顯影時間為150s ；第八步進行堅膜；將已經(jīng)形成光刻膠的表面電極圖案的三維石英微機械結(jié)構(gòu)放入烘箱內(nèi)，烘箱溫度為100°c，時間為40min ；3)化學腐蝕的具體步驟為首先，采用光刻膠作掩蔽膜，腐蝕三維微機械結(jié)構(gòu)光刻膠覆蓋區(qū)域之外的Au膜；腐蝕液為稀釋的王水，王水與去離子水的體積比為1:1 ;王水腐蝕液的配比為體積比HNO3 HCL = I 3，腐蝕溫度為20°C的條件下，腐蝕30s ;其次，Au膜腐蝕后，暴露出Au膜覆蓋下的Cr膜；最后采用Au膜作掩膜腐蝕Cr膜，過程為有光刻膠和金膜覆蓋區(qū)域下的Cr被保護住，暴露的Cr膜在去Cr腐蝕液的作用下被去除；去Cr腐蝕液為硝酸鈰銨的去離子水溶液，其中硝酸鈰銨與去離子水的質(zhì)量比為O. 05 ;腐蝕溫度為20°C，腐蝕時間30s ;Cr膜去除干凈后，除表面電極圖形外的區(qū)域，露出三維石英微機械結(jié)構(gòu)的基底材料石英；4)去除光刻膠，獲得三維石英微機械結(jié)構(gòu)的Cr/Au表面電極。
權(quán)利要求
1.一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于該方法的步驟包括 1)清洗三維石英微機械結(jié)構(gòu)的金屬膜表面； 2)在清洗后的金屬膜表面上噴膠得到光刻膠層，然后對光刻膠層進行曝光、顯影，最后進行光刻膠層的堅膜； 3)采用光刻膠層作掩膜，用化學腐蝕的方法對金屬膜進行腐蝕，然后去除光刻膠層，完成三維微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于步驟I)中所說的三維石英微機械結(jié)構(gòu)為帶有凹槽的結(jié)構(gòu)或帶有鏤空的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于步驟I)中的清洗為超聲波清洗，采用乙醇或丙酮進行超聲波清洗，超聲時間為5-15min，超聲頻率為28-100kHz，超聲功率20-200W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于步驟2)中噴膠采用超聲霧化噴膠的方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于步驟2)中顯影采用手動顯影的方式，顯影時間在60 300s ;顯影過程中用去離子水清洗時可增加超聲清洗環(huán)節(jié)，超聲時間5 15min，超聲頻率28 ΙΟΟΚΗζ，超聲功率20 200W。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于噴膠過程中所使用的光刻膠為用AZ4620稀釋劑進行的稀釋的AZ4620光刻膠，AZ4620光刻膠與AZ4620稀釋劑的體積比為O. 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于噴膠過程中所使用的噴膠機的噴嘴距三維石英微機械結(jié)構(gòu)的高度為90mm，噴膠機噴嘴的掃描速率為100mm/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于步驟I)中的金屬層為Cr/Au金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于化學腐蝕過程使用的腐蝕液為稀釋的王水，王水與去離子水的體積比為1:1 ;王水中HNO3與HCL的體積比為1:3。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法，其特征在于化學腐蝕Cr膜的腐蝕液為硝酸鈰銨的溶液，其中硝酸鈰銨與去離子水的質(zhì)量比為O.05。
全文摘要
本發(fā)明涉及石英微機械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種三維石英微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工方法。清洗三維石英微機械結(jié)構(gòu)的金屬膜表面；在清洗后的金屬膜表面上噴膠得到光刻膠層，然后對光刻膠層進行曝光、顯影，最后進行光刻膠層的堅膜；采用光刻膠層作掩膜，用化學腐蝕的方法對金屬膜進行腐蝕，然后去除光刻膠層，完成三維微機械結(jié)構(gòu)表面電極的加工?？蓪Σ煌叽绾托螤畹木M行噴膠，同時也可對大深寬比的三維石英微機械結(jié)構(gòu)側(cè)壁進行均勻涂膠；通過超聲噴霧式噴膠，改善了三維微機械結(jié)構(gòu)上光刻膠層的均勻性。通過在顯影步驟中增加超聲清洗環(huán)節(jié)，降低了光刻膠層對三維石英微機械結(jié)構(gòu)基底材料的粘附性，杜絕了電極加工時的短路情況。
文檔編號B81C1/00GK103058126SQ20121051281
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者孟麗娜, 路文一, 閆海, 郭亞北, 陳艷 申請人:北京遙測技術(shù)研究所, 航天長征火箭技術(shù)有限公司