脈沖激光曝光SU-8光刻膠的基礎(chǔ)與光刻技術(shù)研究.pdf

1、準(zhǔn)LIGA技術(shù)由于其成本低、加工過(guò)程簡(jiǎn)便而倍受微加工制造行業(yè)的高度關(guān)注。本論文利用激光的高方向性和脈沖的可控性,分別采用Nd:YAG二倍頻(532 nm)、三倍頻(355 nm)脈沖激光對(duì)SU-8膠進(jìn)行曝光實(shí)驗(yàn),研究高深寬比、曝光精確可控的Laser-LIGA新技術(shù),主要內(nèi)容包括：兩種不同波長(zhǎng)的脈沖激光曝光SU-8膠后產(chǎn)生的光化學(xué)變化、脈沖曝光光刻的工藝過(guò)程、以及提高光刻深寬比和曝光劑量精確可控的技術(shù)途徑。 1、對(duì)經(jīng)過(guò)532 n

2、m激光曝光后的SU-8膠進(jìn)行了X射線光電子能譜(XPS)分析,對(duì)比結(jié)果顯示沒(méi)有發(fā)生分子結(jié)構(gòu)上的變化,F元素的摩爾含量亦未減少。表明532 nm光子與光引發(fā)劑未產(chǎn)生酸催化反應(yīng),由此斷定曝光未導(dǎo)致分子間的環(huán)氧環(huán)交聯(lián),故532 nm激光不宜用作SU-8膠曝光光刻光源。這一結(jié)論在曝光光刻制備微結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)中已進(jìn)一步得到證實(shí)。 2、將355 nm激光曝光的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行XPS分析,結(jié)果顯示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沒(méi)

3、有發(fā)生移動(dòng),即元素的主要價(jià)態(tài)沒(méi)有發(fā)生變化。F元素的含量降低表明355 nm光子與光引發(fā)劑可能發(fā)生了酸催化反應(yīng)而生成催化劑HSbF2;而C、O元素的價(jià)態(tài)沒(méi)有變化表明除酸催化反應(yīng)外沒(méi)有發(fā)生其它化學(xué)反應(yīng)。為了進(jìn)一步證實(shí)這一結(jié)論,我們對(duì)同一樣品進(jìn)行了傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)分析,結(jié)果顯示：在環(huán)氧基對(duì)應(yīng)的914 cm-1、862 cm-1峰處,吸收峰強(qiáng)明顯降低；在C-H鍵對(duì)應(yīng)的972 cm-1峰處,峰強(qiáng)也相應(yīng)降低。這就表明,曝光后環(huán)氧基發(fā)

4、生了分解,化學(xué)鍵發(fā)生變化的位置主要集中在環(huán)氧環(huán)上,即：曝光區(qū)原單分子中環(huán)氧基上的環(huán)氧環(huán)斷開(kāi),與鄰近分子的環(huán)氧環(huán)相互交聯(lián)成長(zhǎng)鏈分子并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此,證明了355 nm激光曝光SU-8膠進(jìn)行光刻微結(jié)構(gòu)制備在機(jī)理上是完全可行的。 3、在機(jī)理分析的基礎(chǔ)上,對(duì)355 nm脈沖激光曝光光刻工藝進(jìn)行了研究,包括膠的黏度系數(shù)和膠厚與顯影時(shí)間、曝光劑量與光刻深度等之間的依賴關(guān)系。結(jié)果表明,曝光深度與單脈沖能量呈非線性變化,而與曝光脈沖數(shù)呈線性