一種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法，具體的工藝步驟為：首先在尺寸已設(shè)定的銅基片上旋涂一層SU-8光刻膠，經(jīng)過前烘、曝光、后烘、顯影、豎膜等工藝過程得到微電鑄母模，然后再運(yùn)用微電鑄和去膠工藝得到1/2結(jié)構(gòu)，最后利用銷接工藝將兩片1/2結(jié)構(gòu)組合成一個(gè)整體。本發(fā)明使用一次涂膠工藝結(jié)合銷接工藝即可得到大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)，避免了使用多次涂膠工藝獲得大厚度膠膜時(shí)的由曝光帶來側(cè)壁垂直性問題和去膠不完全引起的溝道內(nèi)光刻膠殘留問題，突破了采用常規(guī)UV-LIGA技術(shù)和深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制備全金屬微結(jié)構(gòu)時(shí)在結(jié)構(gòu)厚度和深寬比上所遇到的加工瓶頸。
【專利說明】—種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于全金屬微結(jié)構(gòu)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)在太赫茲真空電子【技術(shù)領(lǐng)域】和微機(jī)電系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的尺寸也發(fā)生著相應(yīng)的改變，從傳統(tǒng)的微納加工可達(dá)到的尺度即納米、微米級(jí)別上升到了百微米的尺寸級(jí)別。IOOym-1mm的尺寸級(jí)別是傳統(tǒng)機(jī)械加工領(lǐng)域和目前微加工領(lǐng)域的技術(shù)縫隙，目前，基于SU-8厚光刻膠的UV-LIGA技術(shù)和深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在該尺寸量級(jí)的微結(jié)構(gòu)加工中進(jìn)行了較多的嘗試，在厚度為200微米左右的微結(jié)構(gòu)制造方面取得了一些較好的結(jié)果，但使用這兩種方法加工更大厚度如五、六百微米的微結(jié)構(gòu)仍很難實(shí)現(xiàn):
[0003](I)使用UV-LIGA技術(shù)制備大厚度、高深寬比的全金屬微結(jié)構(gòu)，在紫外光刻時(shí)需多次涂膠。由于SU-8光刻膠的粘度大，多次旋涂后膠膜平整度差，易造成光刻效果不佳，使得膠膜殘留嚴(yán)重而無法獲得微電鑄所需的高質(zhì)量母模。此外，大厚度、高深寬比的結(jié)構(gòu)使得電鑄時(shí)電鑄液在如此狹窄的溝道中濃度不均勻，容易造成溝道底端的銅沉積比較稀疏，影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
[0004](2)使用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制備大厚度、高深寬比的結(jié)構(gòu)，刻蝕時(shí)間長(zhǎng)，并且刻蝕時(shí)離子束不易控制，容易造成微結(jié)構(gòu)的損傷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于，提出一種適用于大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的UV-LIGA技術(shù)結(jié)合銷接工藝的加工方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)解決方案:
[0007]—種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟:
[0008](I)基片的準(zhǔn)備、打孔、涂膠以及掩模板的準(zhǔn)備
[0009]基片選擇兩個(gè)銅片，用于UV-LIGA工藝后形成兩個(gè)全金屬溝道型1/2結(jié)構(gòu)；分別在銅片的最長(zhǎng)邊鉆孔，該孔是后面的銷接工藝所必需的；然后分別在兩個(gè)銅片上旋涂一層厚度約為300微米的SU-8光刻膠；準(zhǔn)備所需溝道圖形的掩模板，采用玻璃材料制作；
[0010](2)紫外光刻一前烘、光刻、后烘及顯影
[0011]將銅片連帶其上旋涂后平整的光刻膠層放在熱板上烘烤，以蒸發(fā)掉光刻膠中的有機(jī)溶劑成分，使銅片表面的光刻膠固化；待膠層固化后放在光刻機(jī)上，其上覆蓋掩模板，采用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源進(jìn)行曝光；接著再將曝光后的銅片放在熱板上烘烤，使曝光后的光刻膠層曝光區(qū)域發(fā)生充分的交聯(lián)反應(yīng)，以便顯影后能得到高質(zhì)量的微結(jié)構(gòu)圖形；把曝光后烘后的樣品放入SU-8光刻膠專用顯影液中進(jìn)行超聲顯影；[0012](3)微電鑄
[0013]把步驟(2)中制作完成的光刻模具放入以氨基磺酸銅為主成分的電鑄溶液中進(jìn)行微電鑄加工成型；
[0014](4)去膠及打磨
[0015]將進(jìn)行完步驟(3)處理的微結(jié)構(gòu)經(jīng)過去膠液濕法處理、軟化、膨脹、灼燒和等離子體去除等一系列去膠處理，去除全金屬微結(jié)構(gòu)上的光刻膠，得到全金屬微結(jié)構(gòu)；
[0016](5)銷接過程
[0017]把制作完成的兩個(gè)1/2結(jié)構(gòu)通過(I)中的孔進(jìn)行定位，然后插入圓柱銷進(jìn)行聯(lián)接，最終得到所需要的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)。
[0018]所述的一種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的基片的材料選擇為銅，并在其側(cè)面打兩個(gè)小孔，以用于在銷接過程中的精準(zhǔn)對(duì)位和聯(lián)接。
[0019]本發(fā)明的方法采用紫外光刻技術(shù)制備半結(jié)構(gòu)的微電鑄母模，再利用微電鑄技術(shù)加工成型半結(jié)構(gòu)，最后通過銷接技術(shù)將兩片半結(jié)構(gòu)組合成一個(gè)整體的溝道型微結(jié)構(gòu)。其主要特征在于:摒棄常規(guī)一次性整體加工的方式，將該結(jié)構(gòu)的加工一分為二，首先，如圖3所示以銅基片的B面為加工基準(zhǔn)面，運(yùn)用UV-LIGA技術(shù)制備得到兩片的半結(jié)構(gòu)，再利用銷接技術(shù)將兩片半結(jié)構(gòu)組合成整體的溝道型微結(jié)構(gòu)。
[0020]相比于常規(guī)的加工方法，本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]本發(fā)明將大厚度、深寬比結(jié)構(gòu)拆解成兩個(gè)相同的1/2結(jié)構(gòu)(半結(jié)構(gòu))，利用UV-LIGA技術(shù)分別進(jìn)行加工，待半結(jié)構(gòu)光刻電鑄成型后再通過銷接工藝將其組合成一個(gè)整體。如圖3所示，由于制備半結(jié)構(gòu)時(shí)以B面作為加工基準(zhǔn)面(溝道型整體結(jié)構(gòu)加工則必須以A面作為加工基準(zhǔn)面)，光刻和電鑄的高度為微結(jié)構(gòu)寬度S，其值遠(yuǎn)小于微結(jié)構(gòu)的高度h，這大大降低了光刻和電鑄的高度，因此該加工方法僅采用一次旋涂工藝即可實(shí)現(xiàn)任何厚度的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的制備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為全金屬溝道型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為圖1的局部放大圖。(全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的基本尺寸為:溝道寬為W，周期為山寬度為2s,高度為h。)
[0024]圖3為常規(guī)一次性整體加工方法與本發(fā)明加工方法加工面的選擇。(一次性整體加工雙光柵需以A面作為加工基準(zhǔn)面，因此光刻和電鑄的高度為光柵的結(jié)構(gòu)高度h (大于500um)，而制備單片光柵的工藝則以B面作為加工基準(zhǔn)面，光刻和電鑄的高度為光柵的半寬度s (小于400um)，由于微結(jié)構(gòu)的半寬度s遠(yuǎn)小于高度h，所以本發(fā)明所述的加工方法大大降低了利用UV-LIGA技術(shù)制備微結(jié)構(gòu)的難度，提高了制備的成功率和加工精度。)
[0025]圖4為制備1/2結(jié)構(gòu)(半結(jié)構(gòu))的工藝流程圖。(步驟(I)是銅基片的準(zhǔn)備與清洗。準(zhǔn)備過程包括將銅基片加工成所需的尺寸，并在不同銅基片的相同位置加工出定位銷孔。清洗過程主要是對(duì)銅基片進(jìn)行超聲清洗和等離子體清洗，以提高基片表面的潔凈度和表面能；步驟(2)是SU-8光刻膠的旋涂與前烘；步驟(3)是曝光與后烘；步驟(4)是顯影與豎膜；步驟(5)是微電鑄，電鑄液以氨基磺酸銅為主要成分；步驟(6)是去膠工藝。)[0026]圖5為加工成型的半結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6為采用銷接工藝將兩片一樣的半結(jié)構(gòu)組合成一個(gè)整體的工藝示意圖。
[0028]圖7為最終加工成型的全金屬溝道型系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]如圖1-7，一種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法，具體包括以下步驟:
[0030](I)基片的準(zhǔn)備、打孔、涂膠以及掩模板的準(zhǔn)備:根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，加工得到設(shè)定尺寸的銅基片，并在不同銅片的相同位置加工出定位銷孔；在制備之前，利用超聲清洗和等離子體清洗對(duì)銅基片的表面進(jìn)行處理，使基片表面的清潔度和表面能達(dá)到最佳。
[0031](2)紫外光刻:紫外光刻的工藝過程包括旋涂、前烘、曝光、后烘、顯影和豎膜。通過上述工藝過程制備得到單片光柵的微電鑄母模。
[0032](3)微電鑄和去膠成型:把之前制備完成的電鑄母模放入以氨基磺酸銅為主要成分的電鑄溶液中進(jìn)行加工成型，然后將電鑄完成的半結(jié)構(gòu)進(jìn)行剝離和去膠處理。
[0033](4)銷接工藝:利用銅片上的定位銷孔，用銷釘將兩片單光柵聯(lián)接成一個(gè)整體，最終制備得到我們所需的全金屬溝道型系統(tǒng)。
[0034]本發(fā)明所述的UV-LIGA技術(shù)結(jié)合銷接工藝的加工全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)方法，突破了常規(guī)UV-LIGA技術(shù)和深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)一次性整體加工全金屬微結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)厚度和深寬比上所遇到的瓶頸，利用該工藝方法可以獲得任意結(jié)構(gòu)厚度和更高深寬比的溝道型系統(tǒng)，是一種極具推廣潛力的加工方法。
【權(quán)利要求】
1.一種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟: (1)基片的準(zhǔn)備、打孔、涂膠以及掩模板的準(zhǔn)備 基片選擇兩個(gè)銅片，用于UV-LIGA工藝后形成兩個(gè)全金屬溝道型1/2結(jié)構(gòu)；分別在銅片的最長(zhǎng)邊鉆孔，該孔是后面的銷接工藝所必需的；然后分別在兩個(gè)銅片上旋涂一層厚度約為300微米的SU-8光刻膠；準(zhǔn)備所需溝道圖形的掩模板，采用玻璃材料制作； (2)紫外光刻一前烘、光刻、后烘及顯影 將銅片連帶其上旋涂后平整的光刻膠層放在熱板上烘烤，以蒸發(fā)掉光刻膠中的有機(jī)溶劑成分，使銅片表面的光刻膠固化；待膠層固化后放在光刻機(jī)上，其上覆蓋掩模板，采用波長(zhǎng)為365nm的紫外光源進(jìn)行曝光；接著再將曝光后的銅片放在熱板上烘烤，使曝光后的光刻膠層曝光區(qū)域發(fā)生充分的交聯(lián)反應(yīng)，以便顯影后能得到高質(zhì)量的微結(jié)構(gòu)圖形；把曝光后烘后的樣品放入SU-8光刻膠專用顯影液中進(jìn)行超聲顯影； (3)微電鑄 把步驟(2)中制作完成的光刻模具放入以氨基磺酸銅為主成分的電鑄溶液中進(jìn)行微電鑄加工成型； (4)去膠及打磨 將進(jìn)行完步驟(3)處理的微結(jié)構(gòu)經(jīng)過去膠液濕法處理、軟化、膨脹、灼燒和等離子體去除等一系列去膠處理，去除全金屬微結(jié)構(gòu)上的光刻膠，得到全金屬微結(jié)構(gòu)； (5)銷接過程 把制作完成的兩個(gè)1/2結(jié)構(gòu)通過(I)中的孔進(jìn)行定位，然后插入圓柱銷進(jìn)行聯(lián)接，最終得到所需要的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大厚度、高深寬比的全金屬溝道型微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述的基片的材料選擇為銅，并在其側(cè)面打兩個(gè)小孔，以用于在銷接過程中的精準(zhǔn)對(duì)位和聯(lián)接。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103818873SQ201410011241
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】阮久福, 鄧光晟, 盧怡如, 張稱, 單云沖, 楊軍 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)