厚金屬顯微結(jié)構(gòu)的提升技術(shù)

引言

本文涉及一種能夠在金屬基底上制備厚金屬微結(jié)構(gòu)的方法。這種金屬微結(jié)構(gòu)可以用作分辨樣品來表征各種微分析技術(shù)，例如X射線熒光(XRF)或X射線光電子能譜(XPS)。此外，圖案化的樣品可以用作陽極來表征微型CT系統(tǒng)的X射線管的聚焦特性?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)剝離技術(shù)是為厚度至多為幾百納米的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，所以我們必須改進(jìn)剝離技術(shù)，使其能夠用于制備空間分辨率為幾微米的非常厚的金屬層。

英思特在SU-8掩蔽層下使用了一薄層PMMA，以保證光致抗蝕劑能夠正確剝離。我們通過熱蒸發(fā)沉積厚鋁層，以確定金屬層厚度作為所需曝光線寬的函數(shù)的相關(guān)性。最終剝離過程在丙酮超聲波浴中進(jìn)行。通常，這種技術(shù)可用于在微米分辨率下蒸發(fā)沉積幾微米厚的各種材料。

實(shí)驗(yàn)與討論

剝離技術(shù)是制備平面微結(jié)構(gòu)的附加方法(材料不一定是金屬)。它使用抗蝕劑的犧牲層，制備了所需的圖案，該圖案通常通過某種光刻技術(shù)曝光(圖1)。我們通常使用兩層抗蝕劑來獲得合適的邊緣形狀。選擇抗蝕劑組合，使得底部抗蝕劑層比頂部抗蝕劑層顯影得更快。為了達(dá)到這種效果，可以使用不同分子量的相同類型的抗蝕劑或使用特殊的LOR(剝離抗蝕劑)作為底層。

圖1：金屬沉積后的剝離技術(shù)

英思特調(diào)整了典型的剝離技術(shù)，特別是因?yàn)榉堑湫偷囊r底和所需的微結(jié)構(gòu)(分辨率和厚度)。整個(gè)過程的工藝步驟如圖2所示。

圖2：用于厚金屬顯微結(jié)構(gòu)制備的調(diào)整剝離工藝

由于應(yīng)用所需的熱性能和機(jī)械性能，其基底是由銅制成的直徑為15毫米、厚度為3毫米的圓盤。為了實(shí)現(xiàn)高分辨率和高質(zhì)量微結(jié)構(gòu)邊緣，我們需要對(duì)襯底表面進(jìn)行金剛石研磨，以提供最佳的表面質(zhì)量(粗糙度為10nm RMS)。

PMMA薄層(200nm)需要用作底層來執(zhí)行剝離，它不符合我們對(duì)工藝純度的要求，而且200℃的烘烤溫度對(duì)銅表面也沒有好處。PMMA層在熱板上于130℃烘烤10分鐘(圖2a)，將SU-8光致抗蝕劑直接涂覆在PMMA層上(厚度為13-14μm)。它在100℃下在熱板上軟烤3.5分鐘(圖2b)。

最終應(yīng)用所需的金屬是鋁，它被熱蒸發(fā)在基底表面上，進(jìn)行層沉積。層沉積分幾個(gè)步驟進(jìn)行，以防止樣品過熱和結(jié)構(gòu)熔化。

將涂覆的樣品放入丙酮浴中并放置48小時(shí)。然后將樣品放入干凈的丙酮超聲波浴中，以除去粘附在樣品上的可能的金屬殘留物，最后用氮?dú)獯蹈伞?/p>

在鋁沉積過程中，我們觀察到鋁厚度與暴露線寬的強(qiáng)烈相關(guān)性(圖3)。

圖3：兩次沉積時(shí)間內(nèi)鋁層厚度隨線寬的關(guān)系

英思特研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于低寬度的線，增加沉積時(shí)間對(duì)增加金屬厚度沒有太大幫助。然而，隨著時(shí)間的推移，它將導(dǎo)致完全覆蓋暴露的結(jié)構(gòu)，從而不能正確地進(jìn)行剝離。

結(jié)論

英思特通過調(diào)整了剝離工藝，以使用SU-8光致抗蝕劑和PMMA抗蝕劑作為底層。它主要用于幾微米厚的金屬微結(jié)構(gòu)。還展示出了與曝光圖案的線寬相關(guān)的熱蒸發(fā)材料厚度的限制。該工藝保證了所得微結(jié)構(gòu)的高純度。當(dāng)使用適當(dāng)?shù)牡入x子體來清潔顯影的結(jié)構(gòu)時(shí)，它可以與基底材料和金屬微結(jié)構(gòu)材料的各種組合一起使用。

審核編輯 黃宇