论文部分内容阅读
准LIGA技术由于其成本低、加工过程简便而倍受微加工制造行业的高度关注。本论文利用激光的高方向性和脉冲的可控性,分别采用Nd:YAG二倍频(532 nm)、三倍频(355 nm)脉冲激光对SU-8胶进行曝光实验,研究高深宽比、曝光精确可控的Laser-LIGA新技术,主要内容包括：两种不同波长的脉冲激光曝光SU-8胶后产生的光化学变化、脉冲曝光光刻的工艺过程、以及提高光刻深宽比和曝光剂量精确可控的技术途径。
1、对经过532 nm激光曝光后的SU-8胶进行了X射线光电子能谱(XPS)分析,对比结果显示没有发生分子结构上的变化,F元素的摩尔含量亦未减少。表明532 nm光子与光引发剂未产生酸催化反应,由此断定曝光未导致分子间的环氧环交联,故532 nm激光不宜用作SU-8胶曝光光刻光源。这一结论在曝光光刻制备微结构的实验中已进一步得到证实。
2、将355 nm激光曝光的实验样品进行XPS分析,结果显示F元素的含量大大降低,C元素及O元素的中心峰位置基本没有发生移动,即元素的主要价态没有发生变化。F元素的含量降低表明355 nm光子与光引发剂可能发生了酸催化反应而生成催化剂HSbF2;而C、O元素的价态没有变化表明除酸催化反应外没有发生其它化学反应。为了进一步证实这一结论,我们对同一样品进行了傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析,结果显示：在环氧基对应的914 cm-1、862 cm-1峰处,吸收峰强明显降低；在C-H键对应的972 cm-1峰处,峰强也相应降低。这就表明,曝光后环氧基发生了分解,化学键发生变化的位置主要集中在环氧环上,即：曝光区原单分子中环氧基上的环氧环断开,与邻近分子的环氧环相互交联成长链分子并形成网状结构。因此,证明了355 nm激光曝光SU-8胶进行光刻微结构制备在机理上是完全可行的。
3、在机理分析的基础上,对355 nm脉冲激光曝光光刻工艺进行了研究,包括胶的黏度系数和胶厚与显影时间、曝光剂量与光刻深度等之间的依赖关系。结果表明,曝光深度与单脉冲能量呈非线性变化,而与曝光脉冲数呈线性变化。因此,从实验上证实了我们提出的采用超短脉冲激光曝光可精确控制曝光剂量的技术思路。最后,通过对激光光束整形、扩束,在束腰处进行掩模曝光光刻,获得了最大深宽比为15的侧壁陡直、无倒角的微结构图案。