500μm微型弹簧微纳米加工技术研究(5)

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图 1-3 光刻的主要过程[16] 光刻最大的特点就是可以解决平面薄金属零件在冲压加工时产生的内应力

等问题，这种不靠机械力作用的加工方法是依靠曝光底片的形状来进行腐蚀加工的，所以不管零件的外形有多么复杂，都可以用高精度照相机进行拍摄。通过这种方法可以加工出形状更为复杂精度要求更高的器件。

刻蚀[17]分为湿法和干法两类。两种方法的目的都是将掩模板上的图形进行转移。而与掩模板的一致性，边缘的清晰程度以及洁净度都必须符合显影后的检验。，掩模板上的图形转移到光刻胶层后就可以进行刻蚀。经过刻蚀图形就将永久留在晶圆的表层。

图 1-4 刻蚀过程[18]

湿法：作为最早也是应用最广泛的刻蚀方法，其实质是将晶圆放入装有刻蚀液的容器中放置一段时间，再放入冲洗设备中除去残余的刻蚀液，最后进行清洗和甩干。这种工艺只适用于工艺尺寸大于 3μm 的产品，小于这个尺寸的就要采用干法刻蚀。通过加热和搅动设备来提高刻蚀的一致性和工艺控制，常用的是带有超声波的刻蚀槽。刻蚀液需要保证在均匀腐蚀掉晶圆表层的同时不能伤及下一层的材料。刻蚀时间作为重要的工艺参数需保证在最短时间内彻底、干净的均匀刻蚀；而最长时间的主要影响因素是光刻胶在晶圆表面的粘结时间。

干法：上面已经提到了湿法刻蚀的一些局限性，比如尺寸的限制，刻蚀的各向同性导致的边侧斜坡以及潜在的化学药品污染等等。基于这些原因，干法刻蚀主要用于先进电路的小尺寸精细刻蚀中。干法刻蚀的实质是用空气作为主要媒体的刻蚀技术，整个刻蚀过程是在干燥的环境下进行，不需要与液体化学药品接触。

图 1-5 刻蚀方法流程[18] 刻蚀过程中可能遇到的主要问题：①不完全刻蚀:是指表面层刻蚀不彻底，

如（图 1-6）所示。产生的原因：太短的刻蚀时间；薄厚不均匀的待刻蚀层；过低的刻蚀温度。

图 1-6 不完全刻蚀图[19]

②过刻蚀和底切：与不完全刻蚀相反，不过通常是有意识的过刻蚀，因为恰到好处是很难做到的。理想的刻蚀应该是形成垂直的侧边，产生这种理想结果的刻蚀技术叫做各向异性刻蚀。然而，刻蚀总是在各个方向同时进行的，这样就避免不了在侧面形成一个斜面，这种现象称为底切（如图 1-7 所示）。刻蚀的目标是把这种底切控制在一个可以接受的范围内。

图 1-7 底切[19] 除了各向同性刻蚀以外，产生底切的原因有：时间过长、温度过高、刻蚀液

浓度太高、光刻胶和晶圆表面的粘结力较弱、开孔边缘粘结力失效等。

1.5 本文的研究意义与主要内容

平面微弹簧的服役性能主要取决于所用材料的种类，制品的内外质量。因此选用力学性能更符合弹性元器件要求的高强度材料，优化生产工艺或者开发新的成形工艺以提高制品的内外质量，是获得高性能平面微弹簧的可行之路。为了提高微弹簧的服役性能，需要选用更适合于弹性元器件的材料，同时需要选用新的方法制备平面微弹簧。基于这种分析，本文采用大塑性变形强化坯料利用精密蚀刻（光刻+金属蚀刻）的方法制备出高强度的平面微型弹簧。必须保证平面微弹簧的高强度和具有较高的使用寿命。平面微弹簧质量是使用性能和使用寿命主要影响因素，包括外在质量和内在质量。外在质量主要是指表面划痕、表面粗糙度、