專利名稱：一種三維石英微機械結構表面電極的加工方法
技術領域：
本發明涉及石英微機械加工技術領域，具體是涉及一種三維石英微機械結構表面電極的加工方法。
背景技術：
微機電系統常采用晶體材料來加工各種微結構器件，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。光刻質量的好壞對半導體器件的性能影響很大，是生產中影響成品率的關鍵因素之一。光刻過程主要是利用光刻膠的感光特性，將結構圖形和電極圖形從光刻版轉移到基片上。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構邊緣附著較差。選用液體光刻膠利用噴膠技術可以很好的涂覆在三維石英微機械結構表面及側壁。影響三維石英微機械結構表面電極加工的因素主要有微機械結構的表面清洗、光刻膠涂敷、曝光、顯影等?，F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，將電極版形轉移到光刻膠上。經顯影后，未曝光的區域形成由光刻膠構成的電極圖案，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構表面電極的加工。現有三維石英微機械結構表面電極加工難度較大。光刻膠在三維石英結構表面的均勻涂覆是制作表面電極的基礎和難點。微機械結構，尤其是經過體加工腐蝕后的微機械結構，具有大深寬比的特征。在各向異性腐蝕出的溝槽、V形槽、通槽結構表面上傳統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壁或臺階邊緣，導致光刻膠在三維微機械結構表面均勻性非常差，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，通過調整光刻膠配比，噴膠掃描速率，噴嘴距基片的高度等參數，能夠在三維石英微機械表面實現光刻膠的均勻涂覆。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述現有技術的不足，提出一種三維石英微機械結構表面電極的加工方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。本發明的一種三維石英微機械結構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構的金屬膜表面；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，完成三維微機械結構表面電極的加工。步驟I)中所說的三維石英微機械結構可以為帶有凹槽的結構，也可以為鏤空的結構；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構進行噴膠，最大噴膠尺寸為20mmX 20mm,也可實現多片三維石英微機械結構同時噴膠的功能；步驟2)中噴膠采用超聲霧化噴膠的方式，可實現對大深寬比結構進行表面及側壁噴涂，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構的雙面同時實現曝光，將電極版形轉移到已經涂覆光刻膠層的三維石英微機械結構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節，超聲時間5 15min，超聲頻率28 ΙΟΟΚΗζ，超聲功率20 200W。本發明的有益效果是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構側壁進行均勻涂膠；2)通過超聲噴霧式噴膠，消除了傳統旋轉涂膠方法引入的離心力，改善了三維微機械結構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節，降低了光刻膠層對三維石英微機械結構基底材料的粘附性，杜絕了電極加工時的短路情況。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。噴膠的過程為第一步，對帶有Cr/Au金屬膜的三維微機械結構進行預烘，使三維微機械結構干燥，保證三維微機械結構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構放入烘箱中，溫度80 200°C，時間20 60min。第二步，對三維石英微機械結構噴膠，利用超聲霧化的方式，將AZ4620光刻膠噴涂到三維石英結構表面，包括側壁。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構進行前烘，放入熱板內，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。將已經形成光刻膠的表面電極圖案的三維石英微機械結構放入烘箱內，烘箱溫度為80 130°C，時間為20-60min。化學腐蝕過程為首先，采用光刻膠作掩蔽膜，腐蝕三維微機械結構光刻膠覆蓋區域之外的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域，露出三維微機械結構的基底材料石英。最后，去除光刻膠后，獲得三維石英微機械結構的Cr/Au表面電極。實施例一種三維石英微機械結構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構的Cr/Au金屬膜表面；三維石英微機械結構為帶有鏤空的結構；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構進行預烘，使三維石英微機械結構干燥，保證三維石英微機械結構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構放入烘箱中，溫度100°c，時間30min ；第二步，用噴膠機對三維石英微機械結構噴膠，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構的正面，包括側壁；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構的高度為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構放入熱板內進行前烘，前烘溫度90°C，前烘時間3min ；第四步將三維石英微機械結構翻至反面，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；將已經形成光刻膠的表面電極圖案的三維石英微機械結構放入烘箱內，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，腐蝕三維微機械結構光刻膠覆蓋區域之外的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域，露出三維石英微機械結構的基底材料石英；4)去除光刻膠，獲得三維石英微機械結構的Cr/Au表面電極。
權利要求
1.一種三維石英微機械結構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構的金屬膜表面； 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，完成三維微機械結構表面電極的加工。
2.根據權利要求1所述的一種三維石英微機械結構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構為帶有凹槽的結構或帶有鏤空的結構。
3.根據權利要求1所述的一種三維石英微機械結構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.根據權利要求1所述的一種三維石英微機械結構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.根據權利要求1所述的一種三維石英微機械結構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節，超聲時間5 15min，超聲頻率28 ΙΟΟΚΗζ，超聲功率20 200W。
6.根據權利要求1所述的一種三維石英微機械結構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.根據權利要求1所述的一種三維石英微機械結構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構的高度為90mm，噴膠機噴嘴的掃描速率為100mm/min。
8.根據權利要求1所述的一種三維石英微機械結構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.根據權利要求8所述的一種三維石英微機械結構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.根據權利要求8所述的一種三維石英微機械結構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量比為O.05。
全文摘要
本發明涉及石英微機械加工技術領域，具體是涉及一種三維石英微機械結構表面電極的加工方法。清洗三維石英微機械結構的金屬膜表面；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，完成三維微機械結構表面電極的加工?？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構側壁進行均勻涂膠；通過超聲噴霧式噴膠，改善了三維微機械結構上光刻膠層的均勻性。通過在顯影步驟中增加超聲清洗環節，降低了光刻膠層對三維石英微機械結構基底材料的粘附性，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 優先權日2012年11月30日
發明者孟麗娜, 路文一, 閆海, 郭亞北, 陳艷 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長征火箭技術有限公司