專利名稱：金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用電化學(xué)方法的微加工方法，尤其是采用約束刻蝕劑層技術(shù)在金屬表面進(jìn)行復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法及其裝置。
(2)背景技術(shù)微加工技術(shù)是微機(jī)電系統(tǒng)和微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的微加工技術(shù)有兩類，一類為逐點(diǎn)加工技術(shù)，如激光束、電子束和離子束等高能束加工、微細(xì)電火花加工和掃描探針顯微鏡(SPM)加工(含STM，SECM，AFM等)。在這一類型的加工方法中，每一次加工的范圍只是一個(gè)點(diǎn)，因此，加工效率很低，不利于批量加工。另一類為微結(jié)構(gòu)的批量加工技術(shù)，如IC工藝、LIGA技術(shù)、約束刻蝕劑層技術(shù)、微接觸印刷技術(shù)、EFAB技術(shù)、等離子體刻蝕技術(shù)和反應(yīng)性離子刻蝕技術(shù)等。在這一類技術(shù)方法中，每一次可加工一批(或一個(gè)陣列)微結(jié)構(gòu)。如果按照加工環(huán)境和介質(zhì)對(duì)微細(xì)加工技術(shù)進(jìn)行分類，一類為濕法加工，另一類為干法加工，方法的種類同上。
用IC工藝對(duì)金屬材料進(jìn)行刻蝕只適用于制作側(cè)面基本垂直的立體結(jié)構(gòu)(這種簡單三維立體結(jié)構(gòu)應(yīng)稱為2.5維，以區(qū)別于真正的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu))，且又很難作到絕對(duì)垂直，這是由于多數(shù)金屬材料在腐蝕液中的腐蝕是各向同性的，由此產(chǎn)生側(cè)向鉆蝕，從而引起微孔或微溝道的橫向擴(kuò)展。也正因此，常規(guī)光刻工藝不能在金屬表面加工出深寬比很大的微結(jié)構(gòu)。要加工復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)，如球面和錐面，就需要采用多步刻蝕，即所謂套刻工藝，其分辨率非常有限。光刻工藝本來就相當(dāng)復(fù)雜，這種多步刻蝕組成的套刻工藝就更復(fù)雜。而且對(duì)于超微結(jié)構(gòu)而言，每一步精密對(duì)準(zhǔn)更為困難。
微接觸印刷方法(microcontact printing，簡稱μCP)是美國哈佛大學(xué)Whitesides教授研究組(Kumar A，Whitesides G M，Appl.Phys.Lett.，1993，632002；Kumar A，Biebuyck H A，Whitesides G M，Langmuir，1994，101498.)為主推出的一種微加工方法。這種方法利用硅橡膠塑鑄加工的高分辨，以具有微結(jié)構(gòu)的硅片為模板，在硅橡膠表面模塑出該微結(jié)構(gòu)的表面圖形，這便成為后面微接觸印刷加工用的彈性“印章”。以金膜的微加工為例，把“印章”蘸上烷基硫醇“墨水”，然后在金膜表面“蓋印”，微圖形便由這種“墨水”印到了金表面。烷基硫醇“墨水”在金表面形成自組裝分子單層，這種自組裝分子單層在一些化學(xué)刻蝕液(如KCN+KOH+O2)中，起到光刻膠的作用，即對(duì)化學(xué)刻蝕液有阻隔效果。經(jīng)過化學(xué)刻蝕以后，就在金表面得到與原微結(jié)構(gòu)一樣的精細(xì)結(jié)構(gòu)。這一技術(shù)和常規(guī)光刻技術(shù)一樣，只適用于制作側(cè)面垂直的立體結(jié)構(gòu)，無法加工復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)，而且很難制造深寬比較大的微結(jié)構(gòu)。
將光刻與電化學(xué)陽極溶解相結(jié)合，也可以對(duì)金屬材料進(jìn)行加工。這種方法(Datta M，J.Elctrochem.Soc.，1995，1423 801-805.)的優(yōu)點(diǎn)是可以使用腐蝕性小的中性鹽電解質(zhì)，如Na2SO4，NaCl，NaNO3等，對(duì)環(huán)境污染小，適用材料面廣，刻蝕速度較快。但存在如下缺點(diǎn)1)不能加工出復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)(如各種曲面)，只能直上直下地對(duì)材料進(jìn)行刻蝕加工(2.5維)；2)金屬的微觀結(jié)構(gòu)決定了其陽極溶解的不均勻性，一般來說，陽極溶解面是相當(dāng)粗糙的，故較難獲得微觀光滑的刻蝕面；3)金屬的陽極溶解一般是各向同性的，雖然刻蝕電流分布可通過改變某些外部條件而得到一定程度的控制，但不可避免地會(huì)發(fā)生在掩膜下的側(cè)向鉆蝕，這將影響加工精度；4)僅限于對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行加工。
LIGA---將同步輻射X射線光刻和電沉積相結(jié)合來制造微結(jié)構(gòu)的辦法(Romankiw L T，Electrochimica Acta，1997，422985.)，稱為LIGA技術(shù)(Lithografie Galvanoformung Abformung的簡稱，為光刻、電鑄和鑄塑的組合工藝)。它是德國卡爾斯魯厄核研究所的研究者于20世紀(jì)80年代末發(fā)明的。這一方法可以獲得很高深寬比的微結(jié)構(gòu)，且光刻出的微結(jié)構(gòu)的側(cè)壁準(zhǔn)直性很好。但LIGA工藝存在如下缺點(diǎn)1)它需要昂貴的同步輻射X-射線源，這使它的推廣應(yīng)用受到較大限制；2)和常規(guī)光刻工藝一樣，它也難于加工復(fù)雜三維立體結(jié)構(gòu)，如球面、錐面等等。
EFAB(Electrochemical Fabrication的簡稱)，是美國南加州大學(xué)信息科學(xué)研究所AdamCohen教授研究組(Cohen A，et al，12th IEEE International Microelectro-mechanical SystemsConference，1999，Technical Digest，IEEE.；Cohen A et al，Solid Freeform Fabrication Symposium1998，Proceedings，The University ofTexas atAustin.)在1999年研究出來的。它是一種采用電化學(xué)方法制作三維多層微結(jié)構(gòu)的技術(shù)。EFAB的基本原理是先用3D CAD軟件將要加工的圖形分解成一系列適用于制作成光刻模板的二維圖形，然后可由此制作一系列掩膜，接下來在電解槽中將所需金屬以及犧牲層金屬按照掩膜的圖形一層層分別電沉積出來，最后將犧牲層金屬溶解以后就得到所要材料的圖形。使用EFAB技術(shù)，如果要加工復(fù)雜三維立體結(jié)構(gòu)，如半球體和錐體，就需要制作很多模板，這和用常規(guī)光刻工藝加工復(fù)雜三維立體結(jié)構(gòu)的原理(套刻)類似，工藝復(fù)雜。
德國Fritz-Haber研究所的Schuster等人在2000年《Science》雜志(Schuster R，Kircher V，Allongue P，Ert G，Science.2000，28998.)上報(bào)道了應(yīng)用超短電位脈沖進(jìn)行金屬微加工的方法。它的基本原理是在電解質(zhì)溶液中，被加工工件(作為陽極)上雙電層的充電時(shí)間常數(shù)隨著工具電極(作為陰極)與被加工工件之間溶液電阻的增大而增大，由于工件表面距離工具電極越近之處，二者之間的溶液電阻越小，雙電層充電越快。當(dāng)在工件電極和工具電極之間加一超短電位脈沖，在該脈沖范圍內(nèi)，只有工具電極正下方的被加工工件(陽極)的雙電層沖電到足以發(fā)生陽極溶解的電位，而其它地方則由于距離遠(yuǎn)，電阻大，充電慢，而不發(fā)生陽極溶解或溶解量極微，這便產(chǎn)生了工具電極正下方工件表面的選擇性溶解(刻蝕)，通過工具電極的移動(dòng)，可加工出簡單的三維結(jié)構(gòu)。這種方法的缺點(diǎn)是1)要產(chǎn)生皮秒級(jí)超短強(qiáng)脈沖是相當(dāng)困難的；2)在較大平面上批量加工復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)時(shí)，由于電流分布很難控制，故分辨率很低。到目前為止，還沒有一種成本較低、工藝簡單、批量加工分辨率高的復(fù)雜三維超微金屬結(jié)構(gòu)加工方法。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種可克服上述缺點(diǎn)，主要用于在金屬表面進(jìn)行復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法及其裝置。
本發(fā)明的加工工藝方法為1).將帶有微結(jié)構(gòu)的加工工具固定于固定架上；2).將刻蝕溶液注入容器；3)移動(dòng)固定架，使加工工具進(jìn)入刻蝕溶液；4).啟動(dòng)電化學(xué)系統(tǒng)，在加工工具表面產(chǎn)生刻蝕劑；5)利用刻蝕溶液中的清除劑將刻蝕劑層壓縮到納米級(jí)或微米級(jí)厚度；6).啟動(dòng)控制加工工具與被加工工件之間相對(duì)距離的驅(qū)動(dòng)裝置，將帶有微米或納米級(jí)厚度的刻蝕劑層的加工工具逐步向被加工工件移動(dòng)，當(dāng)加工工具上的刻蝕劑層包絡(luò)面的最凸出點(diǎn)接觸到被加工工件時(shí)，即開始對(duì)被加工工件進(jìn)行刻蝕，刻蝕使被加工工件表面凹陷從而脫離刻蝕劑層，刻蝕便停止；7)驅(qū)動(dòng)裝置不斷地將加工工具向被加工工件移動(dòng)以保持刻蝕劑層能始終與被加工工件接觸，從而使刻蝕不斷地進(jìn)行，至刻蝕完畢，加工工具離開被加工工件表面。
本發(fā)明所說的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)加工裝置設(shè)有加工工具、固定架、驅(qū)動(dòng)裝置、信息處理計(jì)算機(jī)、電化學(xué)系統(tǒng)，加工工具固定于固定架的下部，固定架的上部接驅(qū)動(dòng)裝置的垂直軸微驅(qū)動(dòng)控制器，垂直軸微驅(qū)動(dòng)控制器接信息處理計(jì)算機(jī)。電化學(xué)系統(tǒng)設(shè)有恒電位儀、輔助電極、參比電極、容器，容器中裝入刻蝕溶液，加工工具與固定架作為恒電位儀的工作電極接至恒電位儀，輔助電極與參比電極的一端接恒電位儀，另一端插入容器內(nèi)的刻蝕溶液中，容器設(shè)于驅(qū)動(dòng)裝置的水平軸微驅(qū)動(dòng)控制器上。
其中，加工工具可采用帶有高分辨率復(fù)雜三維立體圖形的模板。
被加工工件為金屬材料，驅(qū)動(dòng)裝置用于控制上述模板和工件之間相對(duì)距離。裝于容器(容器可采用電解池等)中的刻蝕溶液浸沒上述模板和工件，并能在特定條件下產(chǎn)生刻蝕劑，相關(guān)的電化學(xué)系統(tǒng)用以導(dǎo)致模板表面的刻蝕溶液發(fā)生相關(guān)的電化學(xué)反應(yīng)而生成能刻蝕工件的刻蝕劑，刻蝕溶液中含有清除劑(或稱捕捉劑)，它能夠與模板表面的刻蝕劑在刻蝕溶液中發(fā)生快速化學(xué)反應(yīng)而使刻蝕劑壽命縮短。由于刻蝕劑壽命縮短而只能擴(kuò)散很短距離，所以在模板表面形成的刻蝕劑層極薄，稱之為約束刻蝕劑層。此約束刻蝕劑層的包絡(luò)面以極高的分辨率保持了模板的復(fù)雜三維立體圖形。
所說的模板，其表面帶有與所需要加工的微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)；也可以是極光滑的平面(微結(jié)構(gòu)的一個(gè)極限)(粗糙度Ra＜5nm)，其互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)也是極光滑的平面。
模板可采用惰性導(dǎo)電材料或?yàn)榉菍?dǎo)電材料覆蓋以導(dǎo)電膜，在刻蝕溶液中以及在產(chǎn)生刻蝕劑的電極電位下，該惰性導(dǎo)電材料不發(fā)生化學(xué)的或電化學(xué)腐蝕。所說的惰性導(dǎo)電材料為鉑或金的一種。
被加工工件的材料可以是銅、鎳、鋁、鈦和鎘等金屬。
所說的固定架可由不銹鋼材料制成，浸入刻蝕溶液的部分被耐蝕的涂層絕緣保護(hù)起來。
具有微結(jié)構(gòu)的加工工具(例如模板)以機(jī)械方式或用導(dǎo)電膠固定在固定架上。固定架(連同加工工具，例如模板)被安裝在一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)裝置上。
驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有可在X、Y、Z三個(gè)方向進(jìn)行納米級(jí)步進(jìn)的進(jìn)給系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)控制器，以控制加工工具和工件之間相對(duì)距離和位置。
所說的電解池被安裝在驅(qū)動(dòng)裝置的XY為驅(qū)動(dòng)控制器的水平工作臺(tái)上，其位置處于固定架的下方。
所說的刻蝕溶液含有Fe+2，Cl-1，NO3-1，NO2-1，SO3-2，SO4-2，PO3-3，OH-或F-1之中的一種或幾種，其濃度范圍為0.01-1M。刻蝕溶液被裝在電解池中。
被加工工件被水平地置于電解池的底部。
電化學(xué)體系含恒電位儀、工作電極、輔助電極和參比電極，起到控制電位或控制電流的作用。當(dāng)模板或加工工具被作為系統(tǒng)中的工作電極時(shí)，可以導(dǎo)致在模板表面的刻蝕溶液發(fā)生相關(guān)的電化學(xué)反應(yīng)而生成能刻蝕工件的刻蝕劑.
模板通過可導(dǎo)電的不銹鋼固定架，被連接到電化學(xué)系統(tǒng)作為工作電極。
所說的刻蝕劑的產(chǎn)生方式可以表示為(1)在這里，模板或加工工具作為陽極。R為刻蝕溶液所列成分中的一種或幾種，O為刻蝕劑，n為電子數(shù)，e為電子。
所說的刻蝕劑的產(chǎn)生方式也可以通過光電化學(xué)產(chǎn)生(2)所說的清除劑(或稱捕捉劑)可以是SnCl2、對(duì)苯二酚、KHB和NaOH之中的一種或幾種的組合。清除劑(或稱捕捉劑)其對(duì)刻蝕劑O的清除反應(yīng)可以表示為(3)這里，S為清除劑，也稱為捕捉劑，Y為反應(yīng)產(chǎn)物，S、R和Y均無刻蝕作用。
對(duì)刻蝕劑O的清除反應(yīng)也可以通過O自身的分解去活化反應(yīng)來完成(4)這里，Y為反應(yīng)產(chǎn)物。
所說的約束刻蝕劑層由于存在清除劑(或稱捕捉劑)對(duì)刻蝕劑的清除作用，刻蝕劑的壽命縮短而只能擴(kuò)散很短距離，所以只能在模板表面形成極薄的刻蝕劑層，稱之為約束刻蝕劑層，一般厚度為納米級(jí)或微米級(jí)，具體厚度取決于清除反應(yīng)的速度常數(shù)。此約束刻蝕劑層的包絡(luò)面以極高的分辨率保持了模板的復(fù)雜三維立體圖形。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是1)可進(jìn)行各種復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)(如半球面、錐面等)的批量復(fù)制加工；2)一步完成批量微結(jié)構(gòu)的刻蝕加工，省去了光刻工藝中的涂膠、曝光、顯影和最后去膠的復(fù)雜工藝，不需用多步套刻工藝來加工復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)，大大降低了成本，提高了加工精度和表面平整度；3)加工過程具有距離敏感性，可以通過精確控制模板的進(jìn)給距離來精確控制加工量，而不是依賴估計(jì)刻蝕時(shí)間和刻蝕速度來控制加工量。如果以控制刻蝕時(shí)間和刻蝕速度來控制加工量，必須控制影響刻蝕反應(yīng)速度的一切因素。但是以控制距離來控制加工量，你只要控制模板進(jìn)給距離就夠了，屬于單參數(shù)控制?，F(xiàn)在的壓電陶瓷能夠?qū)尾轿灰凭_控制到納米級(jí)，因此可以獲得我們需要的加工尺寸和精度；4)對(duì)被加工材料的原始表面平整度要求不高，加工表面的最終取決于模板或加工工具的表面精度，但模板無須和被加工材料接觸；5)可選用不同的“刻蝕一約束”體系來加工不同的材料，包括金屬和非金屬材料，導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料；6)沒有高能束加工那樣對(duì)加工面鄰近區(qū)域會(huì)造成破壞或改性的危險(xiǎn)。
比較前述的約束刻蝕劑層技術(shù)的諸多特性，可以看出，約束刻蝕劑層技術(shù)在加工復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)時(shí)，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
(4)


圖1為本發(fā)明的加工裝置實(shí)施例組成示意圖。
圖2為本發(fā)明的加工裝置的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的加工工藝過程示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例將結(jié)合圖1，2對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1給出本發(fā)明的加工裝置實(shí)施例組成示意圖。加工工具采用帶有高分辨率復(fù)雜三維立體圖形的模板5，模板5固定于金屬固定架4的下部，金屬架4可采用兩段直徑不同的圓柱體，其上部接驅(qū)動(dòng)裝置的Z軸(垂直軸)微驅(qū)動(dòng)控制器2，Z軸微驅(qū)動(dòng)控制器2連接信息處理計(jì)算機(jī)3。電化學(xué)系統(tǒng)設(shè)有恒電位儀1、輔助電極8、參比電極9、刻蝕溶液10、電解池11等，實(shí)際上，模板5也可視為電化學(xué)系統(tǒng)的組成部分，模板5通過金屬固定架4接到恒電位儀1而成為工作電極。輔助電極8與參比電極9插入刻蝕溶液10中，刻蝕溶液10裝入電解池11中。電解池11設(shè)于驅(qū)動(dòng)裝置的XY軸(水平軸)微驅(qū)動(dòng)控制器7上。被加工材料6置于電解池11中。參見圖2，驅(qū)動(dòng)裝置包括Z軸微驅(qū)動(dòng)控制器和XY軸微驅(qū)動(dòng)控制器，在圖2中，Z軸微驅(qū)動(dòng)控制器的Z軸大行程運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)21與用于模板Z軸進(jìn)給的微定位工作臺(tái)22連接，懸臂梁23的兩端分別連接微定位工作臺(tái)22和模板固定架4，模板5固定于固定架4的下端。XY軸微驅(qū)動(dòng)控制器的XY平面運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)71設(shè)于底座72上。
本發(fā)明的基本原理是在電解液中，通過電化學(xué)反應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)在帶有復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的模板(或微加工工具)表面產(chǎn)生刻蝕劑O，例如1.電化學(xué)方式(模板或加工工具為陽極)見式(1)。
2.光電化學(xué)方式見式(2)，式中R為刻蝕劑O的還原態(tài)。
由于在電解液中加入了能還原刻蝕劑O而使其失去刻蝕活性的化學(xué)試劑(稱為捕捉劑)，通過這樣的均相捕捉反應(yīng)便使得刻蝕劑O的壽命大大縮短，從而無法由模板向外擴(kuò)散得較遠(yuǎn)，因此刻蝕劑層的厚度被約束(或稱壓縮)在緊貼模板或加工工具處的很小的范圍內(nèi)(微米或納米級(jí))。也可以通過分解去活化反應(yīng)來約束刻蝕劑O擴(kuò)散層的厚度，如1.均相捕捉反應(yīng)見式(3)。
2.分解或去活化反應(yīng)見式(4)。式中S為約束劑，也稱為捕捉劑。Y為反應(yīng)產(chǎn)物。對(duì)于上述兩類反應(yīng)，約束刻蝕劑層的厚度μ約為μ＝(D/KS)1/2(5)其中D為刻蝕劑在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，KS為約束反應(yīng)的準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)。
我們可以用上述帶有微米或納米級(jí)厚度刻蝕劑層的模板或加工工具5對(duì)基體M的刻蝕加工(如圖3所示)。讓模板或加工工具逐步逼近基體材料表面，當(dāng)模板或加工工具上的刻蝕劑層接觸到基體材料，便開始對(duì)基體進(jìn)行刻蝕，如圖3b所示(刻蝕前如圖3a所示)(6)這里，M為基體材料，R為刻蝕劑O的還原態(tài)，P為其它反應(yīng)產(chǎn)物。
隨著基體不斷地被刻蝕，為了保證約束刻蝕劑層能繼續(xù)接觸到基體并刻蝕基體，精密驅(qū)動(dòng)裝置需要不斷將模板向基體移動(dòng)。(如圖3c所示)。
最后，當(dāng)微結(jié)構(gòu)完全刻蝕完畢，(如圖3d所示)，模板離開基體表面，(如圖3e所示)。
用加工工具加工時(shí)，這種方法可加工出任意形狀的復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)，用模板加工時(shí)，這種方法可加工出與模板互補(bǔ)的復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)，加工精度在納米級(jí)。
權(quán)利要求
1.金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于加工工藝步驟為1).將帶有微結(jié)構(gòu)的加工工具固定于固定架上；2).將刻蝕溶液注入容器；3)移動(dòng)固定架，使加工工具進(jìn)入刻蝕溶液；4).啟動(dòng)電化學(xué)系統(tǒng)，在加工工具表面產(chǎn)生刻蝕劑；5)利用溶液中的清除劑將刻蝕劑層壓縮到納米級(jí)或微米級(jí)厚度；6).啟動(dòng)控制加工工具與被加工工件之間相對(duì)距離的驅(qū)動(dòng)裝置，將帶有微米或納米級(jí)厚度的刻蝕劑層的加工工具逐步向被加工工件移動(dòng)，當(dāng)加工工具上的刻蝕劑層包絡(luò)面的最凸出點(diǎn)接觸到被加工工件時(shí)，即開始對(duì)被加工工件進(jìn)行刻蝕， 刻蝕使被加工工件表面凹陷從而脫離刻蝕劑層，刻蝕便停止；7)驅(qū)動(dòng)裝置不斷地將加工工具向被加工工件移動(dòng)以保持刻蝕劑層能始終與被加工工件接觸，從而使刻蝕不斷地進(jìn)行，至刻蝕完畢，加工工具離開被加工工件表面。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所說的刻蝕劑的產(chǎn)生方式可以表示為。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所說的刻蝕劑的產(chǎn)生方式也可以通過光電化學(xué)產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所說的清除劑或捕捉劑可以是SnCl2、對(duì)苯二酚、KHB和NaOH之中的一種或幾種的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于所說的刻蝕劑清除劑或捕捉劑其對(duì)刻蝕劑O的清除反應(yīng)可以表示為。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于對(duì)刻蝕劑O的清除反應(yīng)也可以通過O自身的分解去活化反應(yīng)。
7.金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于設(shè)有加工工具、固定架、驅(qū)動(dòng)裝置、信息處理計(jì)算機(jī)、電化學(xué)系統(tǒng)，加工工具固定于固定架的下部，固定架的上部接驅(qū)動(dòng)裝置的垂直軸微驅(qū)動(dòng)控制器，垂直軸微驅(qū)動(dòng)控制器接信息處理計(jì)算機(jī)；電化學(xué)系統(tǒng)設(shè)有恒電位儀、輔助電極、參比電極、容器，容器中裝入刻蝕溶液，加工工具與固定架作為恒電位儀的工作電極接至恒電位儀，輔助電極與參比電極的一端接恒電位儀，另一端插入容器內(nèi)的刻蝕溶液中，容器設(shè)于驅(qū)動(dòng)裝置的水平軸微驅(qū)動(dòng)控制器上。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于所說的加工工具可采用帶有高分辨率復(fù)雜三維立體圖形的模板；所說的模板其表面帶有與所需要加工的微結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)；也可以是極光滑的平面，其粗糙度Ra＜5nm，其互補(bǔ)的微結(jié)構(gòu)也是極光滑的平面，其粗糙度Ra＜5nm。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于模板可采用惰性導(dǎo)電材料或?yàn)榉菍?dǎo)電材料覆蓋以導(dǎo)電膜，在刻蝕溶液中以及在產(chǎn)生刻蝕劑的電極電位下，該惰性導(dǎo)電材料不發(fā)生化學(xué)的或電化學(xué)腐蝕；所說的惰性導(dǎo)電材料為鉑或金的一種。
10.如權(quán)利要求7所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于刻蝕溶液中帶清除劑或捕捉劑。
11.如權(quán)利要求7所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于所說的驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有可在X、Y、Z三個(gè)方向進(jìn)行納米級(jí)步進(jìn)的進(jìn)給系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)控制器，以控制加工工具和工件之間相對(duì)距離和位置。
12.如權(quán)利要求7所述的金屬表面復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)加工裝置，其特征在于所說的刻蝕溶液含有Fe+2，Cl-1，NO3-1，NO2-1，SO3-2，SO4-2，PO3-3，OH-或F-1之中的一種或幾種，其濃度范圍為0.01-1M。
全文摘要
涉及采用約束刻蝕劑層技術(shù)在金屬表面進(jìn)行復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的加工。步驟為將帶有微結(jié)構(gòu)的加工工具固定于固定架上；刻蝕溶液注入容器；加工工具進(jìn)入溶液；啟動(dòng)電化學(xué)系統(tǒng)，在加工工具表面產(chǎn)生刻蝕劑；利用清除劑將刻蝕劑層壓縮到納米級(jí)或微米級(jí)厚度；啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)工件刻蝕，使工件表面凹陷脫離刻蝕劑層，至刻蝕完畢。加工裝置設(shè)加工工具、固定架、驅(qū)動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)、電化學(xué)系統(tǒng)。可進(jìn)行各種復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的批量復(fù)制加工；一步完成批量微結(jié)構(gòu)的刻蝕，省去光刻中的涂膠、曝光、顯影和去膠，降低成本，提高了加工精度和表面平整度；加工過程具有距離敏感性，可通過精確控制模板的進(jìn)給距離精確控制加工量。
文檔編號(hào)C25F3/02GK1425805SQ0310127
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者田昭武, 蔣利民, 劉桂方, 田中群 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)