《炬丰科技-半导体工艺》MEMS 应用中不同厚光刻胶的比较研究

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：MEMS 应用中不同厚光刻胶的比较研究

编号：JFKJ-21-640

作者：炬丰科技

摘要

本工作报告了中高纵横比结构的微制造工艺技术的最新进展，这些结构是通过使用不同种类的光致抗蚀剂的紫外光刻实现的。所得结构被用作模具，并将通过电镀转化为金属结构。我们使用了四种类型的光致抗蚀剂:SPR 220-7 novalak基(正)、SU8环氧基(负)、Ordyl P-50100丙烯酸酯基(负)干膜光致抗蚀剂和Diaplate 132丙烯酸酯基湿光致抗蚀剂(负)。这项工作的动机是寻找SU-8光刻胶的替代品，这种光刻胶在电镀后很难加工和去除。根据不同的应用，我们发现Ordyl P-50100干膜光致抗蚀剂是SU8的最佳替代品，可实现在酸性电镀液中电镀约100米深的模具。SPR 220-7是SU8的一个很好的替代品，用于制造50米深的模具和在碱性溶液中电镀。本文的结果将为微机电系统应用中使用电镀的低成本工艺开辟新的可能性。

介绍

高纵横比结构通常用于许多微机电系统应用，例如传感器、致动器和微机械.专用工具其工作原理是使用用于电镀的微型模具实现三维结构。

实现三维结构有一系列制造技术:x光和紫外LIGA技术、深反应离子刻蚀(DRIE)、湿硅体微加工和准分子激光烧蚀。

x光LIGA工艺被广泛用于实现高纵横比的微结构。然而，由于需要同步辐射源，该技术涉及相当大的工艺复杂性、高对比度的x光掩模、难以构造厚于200 μm的聚甲基丙烯酸甲酯光致抗蚀剂以及高成本。

最有希望的替代技术是紫外LIGA(厚光刻胶光刻)。非常厚的光致抗蚀剂光刻要求光致抗蚀剂的层厚比用于制造集成电路的层厚几个数量级。本文报道了使用四种不同配方的不同种类的光致抗蚀剂的超厚光致抗蚀剂光刻技术的发展。

实验

加工技术为了实现微型模具，我们使用了SPR 220-7 novalak基正性光刻胶、溶剂含量为73%的SU8，100 XP、(GBL，γ-丁内酯)环氧基负性光刻胶、Diaplate 132丙烯酸酯基湿厚度负性光刻胶和andOrdylP-50100丙烯酸酯基负性光刻胶。

结果

在这项工作中，我们关注的是不同应用电镀模具的实现；一个应用是用于原子导向器，另一个应用是用作惯性传感器的组件，以确保磁盘被静电力悬浮。

SU8有几个缺点：难以去除，非常耗时的加工，难以在整个晶片上实现高平面度，并形成边缘焊道。SU8易受机械应力的影响，机械应力是由聚合过程中的热膨胀系数差异引起的。这些因素导致SU8层和晶片之间的粘附问题以及晶片弯曲，这是许多应用的关键问题。此外，使用镶嵌抛光发现硅衬底的粘附问题，这是由于这种金属的惰性。为了解决硅衬底上的金涂层与光刻胶之间的粘附问题，我们使用了不同的粘合剂。

由三种抗蚀剂SU8、SPR 220-7和ORDYL P50100制成的高纵横比光刻胶模具通过电镀转化为金属结构。将镍电镀到一级SU8和SPR 220-7模具中。这也被电镀到一级和二级光致抗蚀剂模具中。ORDYL P50100和SPR 220-7光刻胶模具在使用常规技术电镀后非常容易移除。SU8模具很难在不损坏或改变电镀金属的情况下从大纵横比结构中可靠地移除。我们尝试了不同的技术和材料，作为移除SU8的一种选择.我们最近才在使用热NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)溶液去除SU-8方面取得令人鼓舞的结果。即使溶剂系统通过开裂和剥离而不是溶解来去除SU8抗蚀剂，这种技术似乎对这些大结构是方便的。

结论

本文证明了Ordyl P-50100干膜抗蚀剂是一种很有前途的材料，可用于实现使用酸性电解质的100微米结构的高分辨率电沉积。这适合我们的应用。

SPR 220-7是一种适合在温和碱性电镀溶液(pH = 8–9)中电镀的材料。不经过特殊的硬烘烤处理，在强碱性电镀液中不稳定。

SU8光刻胶在厚膜应用中表现出优异的分辨率。然而，不仅难以去除SU8，而且电镀金属在该步骤中经常被损坏，并且在金基底上存在粘附问题。

iplate 132未给出良好的分辨率、附着力、纵横比，其电镀用途需要进一步研究。

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