專利名稱：正向沖液的微細電鑄裝置及其微細電鑄方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種正向沖液的微細電鑄裝置及其微細電鑄方法，屬于電化學加工技術領域。
背景技術：
LIGA技術是80年代初由德國Karlsruhe研究中心發(fā)明并取得專利的一種高深寬比微細結構加工技術，由X射線光刻、電鑄成型和塑鑄成型等三個主要工藝步驟組成。LIGA技術是重要的微機械加工技術之一，但由于該技術強烈依賴昂貴而稀缺的同步輻射X射線光源和制作復雜的掩模板，工藝成本極其昂貴，使得該種制造方法很難推廣應用。為克服LIGA工藝技術的缺陷，出現了準LIGA技術，又稱為UV-LIGA技術，以光刻膠為光敏材料、常規(guī)紫外光為曝光光源的UV-LIGA技術，是一種被學術界和產業(yè)界廣泛關注的成本低、材料選擇范圍寬的高深寬比微結構制造技術。不管LIGA技術還是UV-LIGA技術，制作高質量的膠模以及合理控制電鑄過程并得到高質量的電鑄結構表面是該技術成功`應用的前提。因此該工藝要重點解決兩個方面問題:
一方面是深度同步輻射光刻:只有它刻蝕出比較理想的圖形，才能保證后續(xù)工藝的產品質量，得到較為理想的具有較大深寬比的三維微細結構。但是目前在保證微結構的尺寸精度上存在一些工藝難點，其影響因素為:(I)光刻中，掩模板上的微圖案與膠模上的微圖案存在著一定的誤差；(2)光刻中，由于膠模很厚使其底部和表面的感光量不同，造成在保證表面線寬變化很小的情況下，底部往往由于曝光不足而造成倒角(T-top )的現象(說明書附2所示)，即底部線寬小于表面線寬；(3)SU-8膠模在電鑄過程中會產生變形，這種變形是由兩方面原因造成的: 浸泡
在電鑄液中，膠模產生溶脹變形導致尺寸變化，稱之為溶脹效應由于電鑄是在一定的溫度下進行，故導致膠模結構的熱膨脹變形，稱之為熱膨脹效應，以上導致膠模尺寸變形的因素合稱為熱溶脹性(說明書附3所示)。另一方面是微細電鑄=UV-LIGA技術的關鍵工藝之一是膠模金屬化，一般可采用微細電鑄的方法獲得金屬微結構，但在窄而深的槽中電鑄時，電沉積反應物質傳輸受到嚴重阻礙，且由于形狀的不規(guī)則性，經常導致電場和流場的不均勻而引起表面不平整。因此溶液循環(huán)方式的選用便顯得尤為重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在于提供一種提高電鑄結構質量特別是電鑄微結構側壁垂直度的正向沖液的微細電鑄裝置及其微細電鑄方法?！N正向沖液的微細電鑄裝置，包括電沉積系統(tǒng)、加熱溫控系統(tǒng)、電解液循環(huán)系統(tǒng)，其中電沉積系統(tǒng)包括電鑄槽、直流電源、陽極、陰極基片、微結構膠模；
其特征在于:上述電解液循環(huán)系統(tǒng)包括正向沖液機構；該機構包括沖液泵、陽極墊、陽極墊板、調節(jié)墊片、陰極墊板；
其中陽極墊板安裝于陽極墊下方，陽極墊板和陽極墊形成陽極夾具，所述陽極安裝于陽極墊板和陽極墊之間，陽極墊具有與沖液泵相連的進液孔，陽極墊板具有均勻分布的陽極流道；
其中陰極基片固定于陰極墊板上，陰極基片上具有微結構膠模；該微結構膠模的結構正角角度 為88° ±0.50° ;陰極墊板上具有陰極流道；
其中調節(jié)墊片安裝于陽極夾具和陰極墊板中間。利用所述的正向沖液的微細電鑄裝置的微細電鑄方法，其特征在于包括以下過程:
步驟1、對陰極基片進行清洗烘干；
步驟2、在陰極基片上涂膠，并對涂覆的SU-8膠進行甩膠、前烘；
步驟3、SU-8膠進行過曝光，即在紫外光照射下，將掩模板上的圖形轉移到SU-8膠上；選擇合適的曝光時間，使過曝光得到的膠模結構正角角度2力88±0.50° ;其中隨著曝光時間的增加過曝光得到的膠模結構的正角角度變?。?br> 步驟4、后烘、顯影；
步驟5、利用正向沖液的微細電鑄裝置進行電鑄，其中溶液的循環(huán)通過沖液泵實現，根據沖液強度的需要調節(jié)沖液泵的流量，溶液通過沖液泵后，流經陽極墊的進液孔，通過陽極后，再流經陽極墊板的陽極流道，噴射到陰極微結構膠模的電鑄表面，最后通過陰極墊板
(11)的陰極流道流出；
步驟6、去膠。所述步驟3中選擇合適的曝光時間，使過曝光得到的膠模結構正角角度《可以為88.23。至 88.47。
本發(fā)明針對現有光刻過程中造成微結構尺寸精度誤差的因素，提出了在曝光過程中對SU-8膠進行過曝光的工藝方法。通過過曝光工藝，使所得膠模結構底部線寬大于表面線寬，得到預設的正角結構。經驗證，過曝光得到的膠模結構正角角度《 (說明書附3所示)為88°左右時，可以使電鑄后微小結構得到89°近似垂直的側壁。同時在微細電鑄過程中，采取正向沖液電鑄裝置。正向沖液可以通過調節(jié)泵的流量控制沖液強度，使溶液循環(huán)流動。由于沖液加快了沉積層表面的溶液流動，循環(huán)的溶液加快了微細電鑄過程中離子的運動，可以及時補充新鮮離子，因此降低了陰極極化，提高了電流密度和沉積效率，提高了電鑄速度，減少了電鑄時間，從而降低了膠在電鑄中的溶脹性，有利于得到側壁陡直的電鑄微結構。同時溶液的流動可以使陰極析出的氫氣及時逸出，避免了電鑄層出現針孔等缺陷。同時操作簡單方便，成本較低，流場相對比較穩(wěn)定。


圖1是正向沖液微細電鑄裝置示意 圖2是膠模結構出現的倒角現象；
圖3是膠模溶脹現象；
圖4是基片清洗、烘干；圖5是甩膠、前烘；
圖6是過曝光；
圖7是后烘、顯影；
圖8是電鑄；
圖9是去膠；
其中標號名稱:1、加熱溫控系統(tǒng)，2、電鑄槽，3、直流電源，4、陽極引線，5、陰極引線，6、沖液泵，7、陽極墊，8、陽極，9、陽極墊板，10、墊片，11、陰極墊板，12、陰極基片，13、微結構膠模，14、進夜孔，15、陽極流道，16、陰極流道，17、SU-8膠，18、基片，19、溶脹后的膠模結構，20、電鑄微結構，21、溶脹前的膠模結構，22、紫外光，23、掩模板，24、正角結構的膠模，25、溶脹部分。
具體實施例方式圖1中，陽極8為薄金板，陰極為光刻好的膠模13，溫度由加熱溫控系統(tǒng)I控制，溶液的循環(huán)通過沖液泵6實現，泵有多種型號，可根據沖液強度的需要調節(jié)泵的流量，陰陽極間的距離可通過裝夾定位墊片10控制。溶液通過沖液泵6后，流經陽極墊7的進液孔14，通過陽極8后，再流經陽極墊板9的陽極流道15，噴射到陰極微結構膠模13的電鑄表面，最后通過陰極墊板11的陰極流道16流出。這種裝置能很好的使溶液流動循環(huán)起來，增強電鑄表面的溶液交換能力，快速清除電鑄層表面析出的氫氣泡，因此可以施加大電流，顯著的提高電鑄速度。電鑄速度的提高降低了膠在溶液中的浸泡時間從而降低了溶脹量，提高了加工的尺寸精度；
圖4-9是過曝光工藝實現過程；
圖4中，對基片18進行清洗烘干；
圖5中，在基片18上涂膠，并對涂覆的SU-8膠17進行甩膠、前烘。圖6中，過曝光過程，在紫外光22照射下，將掩模板23上的圖形轉移到SU_8膠17上。圖7中，通過過曝光，得到底部線寬大于表面線寬的正角結構的膠模24，并對其進行后烘、顯影。圖8中，電鑄進行過程中，膠的溶脹部分25影響著膠模側壁結構的變化。圖9中，去膠后，得到電鑄微結構20。具體實施例一:
I，對基片進行清洗烘干。2，在基片上涂膠，并對涂覆的SU-8膠進行甩膠、前烘。3，過曝光過程，將掩模板上的圖形轉移到SU-8膠上。過曝光工藝使用的是BG-401型曝光機，膠模厚度300 ii m,曝光光強度為2mw/cm2。通過控制曝光時間,得到底部線寬大于表面線寬的正角結構的膠模，經工具顯微鏡測量膠模上表面線寬尺寸a、下表面線寬尺寸
b、膠模厚度c，由
權利要求
1.一種正向沖液的微細電鑄裝置，包括電沉積系統(tǒng)、加熱溫控系統(tǒng)(I)、電解液循環(huán)系統(tǒng)，其中電沉積系統(tǒng)包括電鑄槽(2)、直流電源(3)、陽極(8)、陰極基片(12)、微結構膠模(13)；其特征在于:上述電解液循環(huán)系統(tǒng)包括正向沖液機構；該機構包括沖液泵(6)、陽極墊(7)、陽極墊板(9)、調節(jié)墊片(10)、陰極墊板(11)； 其中陽極墊板(9)安裝于陽極墊(7)下方，陽極墊板(9)和陽極墊(7)形成陽極夾具，所述陽極(8)安裝于陽極墊板(9)和陽極墊(7)之間，陽極墊(7)具有與沖液泵(6)相連的進液孔(14)，陽極墊板(9)具有均勻分布的陽極流道(15)； 其中陰極基片(12)固定于陰極墊板(11)上，陰極基片(12)上具有微結構膠模(13)該微結構膠模的結構正角角度為88° ±0.50° ;陰極墊板(11)上具有陰極流道(16); 其中調節(jié)墊片(10)安裝于陽極夾具和陰極墊板(11)中間。
2.利用權利要求1所述的正向沖液的微細電鑄裝置的微細電鑄方法，其特征在于包括以下過程: 步驟1、對陰極基片(12)進行清洗烘干； 步驟2、在陰極基片(12)上涂膠，并對涂覆的SU-8膠(17)進行甩膠、前烘； 步驟3、SU-8膠(17)進行 過曝光，即在紫外光(22)照射下，將掩模板(23)上的圖形轉移到SU-8膠(17)上；選擇合適的曝光時間，使過曝光得到的膠模結構正角角度《為88±0.50° ;其中隨著曝光時間的增加過曝光得到的膠模結構的正角角度變??； 步驟4、后烘、顯影； 步驟5、利用正向沖液的微細電鑄裝置進行電鑄，其中溶液的循環(huán)通過沖液泵(6)實現，根據沖液強度的需要調節(jié)沖液泵(6)的流量，溶液通過沖液泵(6)后，流經陽極墊(7)的進液孔(14)，通過陽極(8)后，再流經陽極墊板(9)的陽極流道(15)，噴射到陰極微結構膠模(13)的電鑄表面，最后通過陰極墊板(11)的陰極流道(16)流出； 步驟6、去膠。
3.根據權利要求2所述的利用正向沖液的微細電鑄裝置的微細電鑄方法，其特征在于包括以下過程: 所述步驟3中選擇合適的曝光時間，使過曝光得到的膠模結構正角角度《為88.23°至 88.47°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正向沖液的微細電鑄裝置及其微細電鑄方法，屬于電化學加工技術領域。本發(fā)明通過光刻工藝和電鑄過程雙重控制，提高電鑄微結構側壁垂直度；合理選擇控制曝光參數，使光刻后膠模形成預設的正角結構；化學本發(fā)明的方法及裝置對提高微結構側壁垂直度以及合理控制電鑄過程并得到高質量的電鑄結構表面有重要意義。
文檔編號C25D1/00GK103147099SQ201310088800
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權日2013年3月20日
發(fā)明者李寒松, 成杰, 曲寧松 申請人:南京航空航天大學