基于深刻蚀的金属微小结构制造技术基础研究

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具有良好的导热性、导电性、延展性、耐腐蚀性和抗冲击强度,断裂韧度比硅材料高两个数量级。凭借这些优异的特性,金属微小零件(或结构)可以广泛应用于军工、航空航天、医疗等领域。本论文主要研究金属钛和钼的微细加工方法,在此基础上制作了钛和钼的微小零件,并且开发了基于光敏BCB键合的钛基和钨基微小结构加工方法。  首先,分别研究了钛和鉬的ICP刻蚀技术。选取SU-8系列光刻胶作为ICP深刻蚀的掩膜材料,并通过一系列实验优化了:ICP刻蚀工艺参数。最终得到钛的优化ICP刻蚀参数:线圈功率800W、平板功率300W、腔体气压5mTorr、Cl2流量43sccm。在此刻蚀条件下钛刻蚀速率约为1.1μm/s,SU-8刻蚀速率约为0.19gm/s,刻蚀选择比约为5.84:1,刻蚀表面粗糙度小于150nm;鉬的优化ICP刻蚀参数:SF6和02混合气体流速分别为53sccm和98sccm,线圈功率800W,平板功率150W,气压23mTorr,温度-20℃。刻蚀速率为2.5μm/min,和SU-8的选择比为1.41,表面粗糙度为2.03Ra/μm,刻蚀侧壁角度45°。  接着,进行了微细电火花在钼基片上制作盲孔的实验。在平均厚度为477μm的钼片上,制作了平均深度为373μm的盲孔阵列。加工过程中钼片未出现弯曲现象,且盲孔底部平整度较好,可以满足微小钼结构加工的需求。  然后,我们开发了鉬微小零件的加工工艺。采用微细电火花工艺在基片背面制作盲孔阵列,并用PVD技术在基片背面制作金属层。在基片正面定义掩膜并用ICP刻蚀基片,刻蚀至基片背面的金属层时自动停止。去除基片背面的金属层,释放金属微小结构。  最后,在SU-8胶的TOG工艺的基础上,提出采用光敏BCB作为键合介质的金属微小可动结构加工工艺。进行了硅.玻璃和钨.玻璃的光敏BCB可图形化键合实验。硅-玻璃的键合强度为8.6MPa,钨-玻璃的键合强度为2.4MPa,均好于SU-8胶的键合强度,满足加工工艺的要求。并开发了基于光敏BCB的金属微小可动结构加工工艺,设计了基于此技术的谐振器、双稳态开关等器件的版图。
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