厚膜光刻胶的低温金属化制备方法 本发明涉及一种厚膜光刻胶的制备方法，尤其涉及一种基于低温金属化技术的厚膜光刻胶制备方法，属于微加工技术领域。
近年来，随着微型机电系统及其相关技术研究的日益深入，LIGA(德语LITHOGRAPHIE、GALVANOFORMUNG和ABFORMTECHNIK的缩写，分别指光刻、电镀和模型复制)技术也取得了长足进展，在众多领域得到应用，发挥着独特的作用。其优势在于它的高深宽比微结构加工能力，而高深宽比微结构来源于厚膜光刻胶的深度光刻，因此，厚胶工艺是LIGA技术的关键之一。
LIGA技术的光刻胶以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)最为常用，对于厚度在400微米以下的光刻胶，一般采用液体光刻胶在特殊衬底上注模成型办法制备(J．Mohr et al，Requirements on resist layers in deep-etch synchrotronradiation lithography，J．of vacuum science & technology B，6(6)，1988，2264～2267)，如果希望光刻胶厚度明显大于400微米，上述工艺将难以胜任，因为光刻胶在注模固化过程中存在一定程度的体积收缩，从而导致成型光刻胶有相当大的张应力，厚胶可能导致衬底严重弯曲变形甚至损坏，也可能使固化的光刻胶产生大量微裂纹，根本无法使用。
然而，LIGA技术的优势主要在于其厚胶加工能力，厚胶工艺是无法回避的，目前解决问题的办法采用厚膜粘贴工艺(B．Chaudhuri et al，Photoresistapplication for the LIGA process，Microsystem Technologies4(1998)，159～162)。
该工艺首先选择可以用同步辐射X射线光源曝光的商品PMMA膜片(如Goodfellow，AIN plastics，ATO-Haas等公司的产品)，经特定工艺热处理并彻底干燥后，用少量PMMA单体溶液做粘合剂，细心地粘贴到特殊的导电衬底上，因为良好结合力和导电性是后续微电铸工艺的前提，所以，目前仅有为数不多的衬底能够同时满足上述要求，可供选择的余地很小。然后在一定温度下保温使粘接剂中的溶剂经过PMMA膜片慢慢扩散而出，最后用旋转切抛法将粘附于衬底上的膜片减薄到希望地厚度即可。目前400微米以上的LIGA技术厚胶一般均依此工艺制作完成。
其实该工艺并不能完全消除光刻胶内应力过大的弊端，因为在用PMMA单体溶液粘合光刻胶膜片时，粘合剂中的溶剂是通过先被膜片内侧吸收，再从外侧放出的方式挥发的，不但过程缓慢，而且不可避免地会导致膜片几何尺寸的变化，先膨胀，再收缩，同样会导致内应力的产生，所不同的是这里的内应力对工艺条件的敏感度更高，控制得恰到好处，可以得到较低内应力的结果，一旦工艺流程中某一步骤操作失当，便会导致内应力显著增大，而且像粘合剂的用量、粘结过程中溶剂挥发程度、粘结层厚度等因素的精确控制是十分困难的，加上叠合过程的可操作性较差，致使光刻胶膜片与导电性基底结合力难以保证，工艺成功率较低，对操作经验的依赖性大，加工难度较高。
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种新的厚膜光刻胶制备方法，以降低内应力，提高粘合效果，并且工艺简单、稳定可靠，提高制备效率和成品率。
为实现这样的目的，本发明提出了一种厚膜光刻胶的低温金属化制备方法，通过聚合物膜低温金属化工艺制备厚膜光刻胶。基本过程如下：选择厚度1mm以上的聚合物膜片，如商品PMMA膜片，分割成需要的大小，按照传统工艺清洗、干燥并热处理，然后在其一侧表面沉积导电性支撑层，达到一侧金属化目的，接着以聚合物膜片金属化的一面与较厚的金属或玻璃基片粘合成一体，最后用旋转切铣方法对聚合物膜片进行减薄，便可以得到任意厚度的厚膜光刻胶，一般厚度在200微米到2毫米之间。
本发明的金属化过程应尽量在较低温度下完成，可以供选择的金属化途径有等离子体沉积方法、化学镀方法和涂覆导电胶方法等多种选择，但要求导电性涂层与所选择的聚合物有牢固的结合并能够作为微电铸的起始层。由于磁控溅射最有利于获得良好结合力，应是较好的选择，但是溅射沉积通常速度较慢，因此可以先溅射沉积一层厚度为十到一百纳米的金属种子层，接着用电镀方法快速加厚到1～3微米。考虑到兼顾结合力和电铸起始层作用，金属导电性支撑层不仅可以是单金属薄膜，金属或合金的多层复合膜结构往往更能够胜任，比如Cr／Cu、Cr／Ni、Cr／Au、Ti／Ni等。粘合剂宜选择不含挥发性成份的环氧树脂类或硅胶，能够保证减薄过程中不会脱落即可，基底以金属或玻璃等强度高、导热性良好的材料为宜，这样可以减少基底厚度，改善厚胶在光刻或反应离子刻蚀过程中的热量疏散能力。
本发明同样适用于加工除PMMA之外的其它聚合物膜片，如聚酰亚胺(PI)、PS(聚酯)、PE(聚乙烯)和PP(聚丙烯)等等，这些聚合物加工后有的也可以作为LIGA技术光刻胶，有的可以用于其它准LIGA技术，如深反应离子刻蚀(DRIE)／激光LIGA等，制备高深宽比微结构。
本发明与现行的PMMA膜片直接粘贴工艺有本质区别，首先，金属导电层直接沉积到聚合物膜片上，适当选择可以保证聚合物薄膜与作为微电铸起始层的金属膜的结合强度，确保加工后微结构不致脱落，而且可供选择的金属化介质比较多，可以是与PMMA有良好结合力的单金属薄膜，也可以通过过渡层进一步提高结合强度；其次，粘合剂不再必须是PMMA的单体，因为粘合剂处于微电铸起始层的下面，不再需要具有感光能力，所以，选择余地很大，可以用不含溶剂的任何粘合剂，比如环氧树脂类胶黏剂，不存在溶剂扩散的问题，同时诸如微小孔隙甚至小范围的粘合剂缺失也是可以容忍的，在不需要减薄的情况下，甚至不需要粘结到较厚基底上，便可以直接用于曝光，基本避免了粘结所造成的失败；第三，衬底材料无需特殊加工，有更大选择余地。保证基底与聚合物膜片有足够的结合力是加工后高深宽比微结构稳定的先决条件，也是后续微电铸加工的前提，为此，现行的基底必须有特别处理的氧化钛或氧化铜表面，才能使上述必须的结合力得到保证，然在本发明中，基底仅仅起到对聚合物膜片的整体支撑作用，通过普通粘合剂与聚合物膜片的金属化表面粘合，便可以得到达到使用要求。鉴于上述原因，本发明消除了光刻胶制备过程中可能导致内应力异常增大的主要影响因素，回避了粘合效果影响加工后微结构与基底结合力的难题，避免了复杂的衬底加工过程，工艺稳定可靠，从本质上解决了影响成品率的技术难题。
实施例
取直径50mm，厚1mm的PMMA薄片，异丙醇清洗，净化空气吹干，热处理后用Z-550磁控溅射机在其一侧表面上先沉积10nm Cr，再沉积40nm Ni，然后在瓦特镍电镀液中快速电镀镍加厚到2．5微米，取出清洗并常温干燥，用商品的环氧粘合剂504胶将金属化一面与干净的3英寸玻璃基片粘合在一起，待粘合剂固化后，用旋转切铣方法减薄到400微米，便可以用于同步辐射曝光或其它高深宽比结构微加工。