聚合物光刻胶超声时效的装置和方法

摘要

聚合物光刻胶超声时效的装置和方法，属于超声波应用领域。其特征是聚合物光刻胶超声时效的装置，包括超声波发生器、超声波换能器、工作台和外壳，其特征在于工作台与超声波换能器相接，外壳支撑工作台和换能器悬空。聚合物光刻胶超声时效的方法，其特征在于：标准工艺清洗硅片，烘干后涂光刻胶，在紫外光下曝光，后烘使SU－8胶交联；对胶层进行超声时效：超声波发生器发出高频电信号，驱动超声波换能器中振动并传递到工作台上。本发明的效果和益处是有效降低聚合物光刻胶层的内应力，避免基板弯曲、应力集中、起胶等影响胶层尺寸精度和结构的现象；同时使工艺参数的选择有更大的弹性，为得到更有效、更多样化的参数组合提供条件，降低了研发成本。

说明书

技术领域

本发明属于超声波应用技术领域，涉及一种聚合物光刻胶超声时效的装置和方法。

背景技术

聚合物SU-8光刻胶因其在UV-LIGA技术应用中所具有的低成本、可制作高深宽比结构的特点而得到越来越广泛的应用。目前高应力问题是应用于UV-LIGA技术的SU-8胶亟待解决的难题之一。近年来MEMS研究人员已在改善胶层内应力方面做了一些研究工作。杂志《功能材料与器件学报》2005年第2期第251-254页提出降低后烘温度(至85℃)和升温速度(1℃/min)可显著消除应力集中的影响；光学精密工程2007年第15卷第9期第1377-1382页进行了仿真研究及内应力的量化对比，得出降低后烘温度至55℃时，内应力的影响会大大降低。综上所述，改善胶层内应力的方法还局限在修改工艺参数上，由此引起的工艺参数的限制降低了工艺的可调整性和应用发展。

超声波时效技术是应用于材料改性领域中的一项技术，以其成本低、效率高、设备简单、易操作的优点在金属的时效处理中得到越来越广泛的认可与应用。杂志《中国造船》2004年45卷第3期第38-42页和《焊接学报》2006年第27卷第3期第34-38页，对不同的金属结构进行了超声处理，证明超声波时效技术可以大幅降低金属的拉伸残余应力。目前，超声波时效已在金属等材料领域得到应用，但还未见有文献提出将超声波时效技术应用于MEMS聚合物光刻胶去应力的研究方面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服传统光刻工艺的高应力缺陷，降低光刻胶的内应力，提供一种聚合物光刻胶超声时效的装置和方法，以得到更稳定、更精确的聚合物光刻胶微结构。

本发明提出以目前在金属材料去应力领域得到应用的超声波时效技术来解决聚合物光刻胶的高应力问题。采用频率高、振幅小的超声频振动技术，对MEMS领域中常用到的涂覆于小尺寸材料上的光刻胶进行处理。在该频率的振动作用下，聚合物受到附加应力作用，并伴有大量能量注入，由此产生分子链断裂，并聚合成为新的分子，由此形成稳定平滑的结构。根据MEMS常用工件尺寸小，不便于安装激振源的特点，以工作台方式作为激励源，工件紧固于工作台上得到超声波振动处理。

超声时效装置如附图所示，采用常规超声波发生装置得到频率在20KHz甚至以上的振动，带动连接超声波换能器的工作台。在使用时，将涂覆了光刻胶的小尺寸材料放置在工作台上，用螺钉等紧固，开启超声装置，振动通过螺钉和工作台传到材料表面的胶上，由此引起胶层性状的改变，达到去应力的目的。

本发明的效果和益处是：本发明可以有效降低聚合物光刻胶层的内应力，避免由胶层内应力带来的基板弯曲、应力集中、起胶等影响胶层尺寸精度和结构的现象；同时也使工艺参数的选择有更大的弹性，为得到更有效、更多样化的参数组合提供条件，降低了同类产品的研发成本。

附图说明

附图是本发明的装置结构示意图。

图中：1超声波发生器；2超声波换能器；3工作台；4外壳；5导线。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例：

利用本发明进行超声时效，首先在硅片上制作光刻胶微结构。光刻胶微结构的制作过程包括硅片清洗，涂胶，前烘，曝光，后烘，显影。

首先清洗硅片，采用实验室清洗硅片的标准工艺，先后用浓硫酸，一号清洗液，二号清洗液煮硅片，然后用去离子水冲洗干净，最后放入烘箱中烘干。烘干以后制作光刻胶层，用旋涂法甩SU-8光刻胶，放在热板上烘干后在紫外光下曝光，然后放在热板上后烘使SU-8胶交联。

由于光刻胶结构的应力主要出现在后烘过程中，因此在后烘之后对胶层进行超声时效。附图中，超声波发生器1发出高频电信号，通过导线5与超声波换能器2中的压电陶瓷相连，促使压电陶瓷因逆压电效应而产生振动，再通过超声波换能器2中的变幅杆将振幅放大并传递到工作台3上；工作台3在超声波换能器2上方，工作台3和超声波换能器2依靠外壳4支撑。外壳支撑工作台3和超声波换能器2，避免工作台3和超声波换能器2接触到地面。

工作台3表面有用于固定工件的螺纹孔，在实施例中，由螺钉将涂有光刻胶的硅片卡紧在工作台上，硅片与工作台之间紧密贴合，开启超声波发生器使换能器带动工作台振动，促使硅片及光刻胶振动得到超声波时效处理。

处理后的光刻胶在显影液中显影得到所需的稳定结构。