金屬光柵模版製作方法
2023-09-22 02:14:30 2
專利名稱：金屬光柵模版製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬光柵模版的製作方法，尤其涉及一種利用電解加工刻蝕工藝，製作金屬光柵模版的方法。
背景技術：
金屬光柵模版應用於光柵元件複製和批量生產。目前金屬光柵模版的製作工藝一般採用光刻工藝。光刻工藝包括勻膠、曝光、顯影、刻蝕、去膠等主要工序。勻膠就是在已拋光的金屬表面塗覆一層耐腐蝕的光刻膠。曝光就是在光刻膠層上加具有光柵圖形的掩模，光照後將光柵圖形轉移到光刻膠上。顯影就是用顯影液溶解除去光刻膠上被曝光的部分，使需要腐蝕部分的金屬表面裸露出來，而光刻膠上未被曝光的部分保留下來掩蔽不需要腐蝕部分的金屬表面。通過以上勻膠、曝光、顯影工序就在金屬表面形成了光刻膠光柵圖形。為了把光刻膠光柵圖形繼續轉移到金屬上需要進行刻蝕，通過刻蝕將顯影后裸露出來的金屬表面腐蝕掉，形成有一定深度的溝槽，而將有光刻膠掩蔽的區域保留下來。刻蝕結束後光刻膠就完成了作用，再通過去膠將金屬表面所有餘留的光刻膠去掉，即完成金屬光柵模版製作。
以上所述的刻蝕方法有溼法刻蝕和幹法刻蝕之分。溼法刻蝕是用化學腐蝕液進行刻蝕，其方法和設備簡單，但存在嚴重的鑽蝕效應，刻蝕圖形精度不高。幹法刻蝕現在一般採用反應離子刻蝕，它具有良好的方向性，能夠刻蝕精細圖形，但存在設備複雜，成本高，刻蝕速率慢，刻蝕面光潔度差等問題。
發明內容
本發明的技術解決問題是針對以上溼法刻蝕和幹法刻蝕的不足之處，提供一種利用電解加工的刻蝕工藝，該電解加工刻蝕工藝是利用金屬在電解液中因電極反應而出現陽極溶解的原理，對工件進行刻蝕加工。
本發明的技術解決方案是金屬光柵模版製作方法，其特徵在於採用光刻工藝中的刻蝕工藝及電解加工的刻蝕工藝製作用於光碟驅動器雷射頭的精細金屬光柵模版，具體步驟如下(1)首先通過勻膠、曝光、顯影等工序，在金屬工件表面形成光刻膠光柵圖形，即沒有光刻膠的地方金屬表面裸露出來，而有光刻膠的地方金屬表面被光刻膠掩蔽；(2)把有光刻膠光柵圖形的金屬工件接電源正極作為正電極板與接電源負極的負電極板相對放置在電解液中，金屬工件上有光柵圖形的一面相對負電極放置，並調整好兩者的距離，使待刻蝕的金屬鎳塊與陰極的距離為18-22cm，接通電源，光刻膠光柵圖形中裸露出來的金屬表面接觸電解液逐漸被電解脫離，形成溝槽，而被光刻膠掩蔽的金屬表面因不接觸電解液而被保護下來；(3)電解液通過循環泵以一定速度從電極間隙中流過，帶走金屬陽極的溶解產物，使金屬陽極溶解加快，直至達到所要求的刻蝕深度；(4)在電解加工刻蝕中，通過調節電解液的濃度和溫度、電流密度、電極的位置、刻蝕時間的長短等參數，控制刻蝕金屬圖形的深度、圖形側壁的陡直度及金屬光柵模版表面光潔度等；實驗中調節氨基磺酸鎳電解液的濃度，使其比重達到25-35左右，電解液溫度控制在25-35℃，將電解刻蝕電壓控制在1.5-2.5V，將電解刻蝕時間控制在100-130秒，時間不宜過長；(5)取出刻蝕好的金屬工件，去膠並清洗乾淨，得到所需金屬光柵模版。
本發明與現有技術的比較的優點在於電解加工刻蝕工藝與溼法刻蝕工藝相比，具有刻蝕方向性好，刻蝕圖形精度高的優點。電解加工刻蝕工藝與幹法刻蝕的反應離子刻蝕工藝相比，具有設備簡單，成本低，刻蝕速率快，刻蝕深度大，刻蝕面光潔度好等優點。本發明的方法除應用於金屬光柵模版製作外，也可應用於微細加工領域中各種其他圖形金屬精密模版的製作。
圖1是已有技術製作金屬光柵模版的工藝流程圖；圖2是本發明技術製作金屬光柵模版的工藝流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，現有技術製作金屬光柵模版的方法是在拋光金屬表面，勻膠，曝光，顯影之後，採用溼法刻蝕或幹法刻蝕的反應離子刻蝕工藝，在金屬表面刻蝕出光柵圖形，再經去膠後製成金屬光柵模版。
如圖2所示，本發明技術製作金屬光柵模版的方法是在拋光金屬表面，勻膠，曝光，顯影之後，採用電解加工刻蝕工藝，在金屬表面刻蝕出光柵圖形，再經去膠後製成金屬光柵模版。
本發明的一個典型實施例，是製作光碟驅動器雷射頭中用的光柵的金屬鎳光柵模版，其製作過程如下(1)將金屬鎳塊上待製作光柵圖形的一面的表面拋光；(2)在拋光後的鎳塊表面用勻膠工藝塗覆一層耐腐蝕的光刻膠，光刻膠的厚度約為5.0μm；(3)利用具有光柵圖形的掩模，對光刻膠層曝光；(4)顯影，在光刻膠層上形成所需要的光柵圖形，光柵的周期為16μm，佔空比為0.5；(5)將有光刻膠光柵圖形的鎳塊放入電解槽中，接在電源陽極上，有圖形的一面對著電源陰極放置。待刻蝕的金屬鎳塊與陰極的距離為20cm。進行電解加工刻蝕，電解液是氨基磺酸鎳，比重為32，電解刻蝕電壓2.0V，電解刻蝕時間120秒，刻蝕深度1.2μm；(6)去除鎳塊上的光刻膠層並清洗乾淨，得到所需的金屬光柵鎳模版。
利用本發明的電解加工刻蝕方法，可以製作出質量很高的金屬光柵模版。通過本實施例製作出了表面粗糙度Ra＜8nm，深度為1.2μm，側壁陡直度達到45°的高質量金屬光柵鎳模版。
權利要求
(1)首先通過勻膠、曝光、顯影等工序，在金屬工件表面形成光刻膠光柵圖形，即沒有光刻膠的地方金屬表面裸露出來，而有光刻膠的地方金屬表面被光刻膠掩蔽；
(2)把有光刻膠光柵圖形的金屬工件接電源正極作為正電極板與接電源負極的負電極板相對放置在電解液中，金屬工件上有光柵圖形的一面相對負電極放置，並調整好兩者的距離，接通電源，光刻膠光柵圖形中裸露出來的金屬表面接觸電解液逐漸被電解脫離，形成溝槽，而被光刻膠掩蔽的金屬表面因不接觸電解液而被保護下來；
(3)電解液通過循環泵以一定速度從電極間隙中流過，帶走金屬陽極的溶解產物，可加快金屬陽極的溶解，直至達到所要求的刻蝕深度；
(4)在電解加工刻蝕中，通過調節電解液的濃度和溫度、電流密度、電極的位置、刻蝕時間的長短等參數，控制刻蝕金屬圖形的深度、圖形側壁的陡直度及金屬光柵模版表面光潔度等；
(5)取出刻蝕好的金屬工件，去膠並清洗乾淨，得到所需金屬光柵模版。
全文摘要
金屬光柵模版的製作方法，其製作過程為，通過光刻工藝中的勻膠、曝光、顯影等工序在金屬表面形成光刻膠光柵圖形後，把金屬工件作為正電極，讓有光柵圖形的一面與負電極相對放置在電解液中，進行電解刻蝕，光刻膠光柵圖形中裸露出來的金屬表面逐漸被電解脫離，形成溝槽，而被光刻膠掩蔽的金屬表面被保護下來，達到刻蝕深度後取出金屬模塊，去膠並清洗乾淨，得到金屬光柵模版。採用本發明工藝製作金屬光柵模版，具有設備簡單，成本低，刻蝕速率快，刻蝕方向性好，刻蝕面光潔度好，刻蝕圖形精度高等優點。
文檔編號C25F3/00GK1740404SQ20041000948
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月27日 優先權日2004年8月27日
發明者趙澤宇, 侯德勝, 杜春雷, 王長濤 申請人:中國科學院光電技術研究所