金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法技术

本发明专利技术提出了一种金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法，首先在基板上涂第一负光刻胶，进行前烘，进行曝光，显影，并进行烘烤成坚硬胶膜；在图形化的第一负光刻胶胶膜上溅射导电金属，得到金属种子层；在种子层上涂覆正性光刻胶，经过前烘、曝光、显影后，将辅助结构的图形转移到正性光刻胶胶膜上，即形成掩蔽层；对种子层进行腐蚀，得到辅助结构图形的种子层；在具有微器件图形的金属基板和具有辅助结构图形的种子层上涂覆第二负光刻胶，经过前烘，曝光，后烘，显影，得到具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜；微电铸金属；去除光刻胶及辅助结构电铸层，得到微器件；本方法提高复杂结构微器件的铸层均匀性。

Method for improving uniformity of electroforming layer in forming process of metal micro device LIGA

The invention provides a method for improving the uniformity of the electroforming layer in the forming process of the metal micro-device LIGA. Firstly, the first negative photoresist is coated on the substrate, and the first negative photoresist is baked, exposed, developed, and baked to form a hard film. After baking, exposing and developing, the pattern of auxiliary structure is transferred to the positive photoresist film to form a masking layer; the seed layer is corroded to get the seed layer of auxiliary structure pattern; the metal substrate with micro-device pattern and the seed layer with auxiliary structure pattern are prepared. The second negative photoresist film with micro-device and auxiliary structure pattern is obtained by coating the second negative photoresist, which is baked before, exposed after, baked and developed; micro-electroforming metal; removing the photoresist and auxiliary structure electroforming layer, micro-device is obtained; this method improves the uniformity of the casting layer of micro-device with complex structure.

【技术实现步骤摘要】
金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法
本专利技术属于微制造
，特别是一种金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法。
技术介绍
随着微机电系统(MEMS)技术的发展进步，金属微器件在生物医学、航空航天、电子通讯等领域得到了较好的应用。基于UV-LIGA技术的微电铸工艺是制作金属微器件的有效方法之一。然而，在微电铸过程中，电流的边缘效应造成电场线容易在阴极边角处集中，电铸后的金属微器件存在铸层厚度均匀性差的问题。这种铸层不均匀现象不仅会降低电铸效率，延长制作周期，而且会影响金属微器件的尺寸精度，严重影响着金属微器件的后续使用。为了减小电铸时电流边缘效应带来的影响，提高金属微器件铸层的均匀性，期刊InternationalJournalofMachineToolsandManufacture2000年第40卷第7期第1065–1072页提出了片外辅助阴极的方法。即在距离阴极表面特定距离的位置放置一个框型的辅助阴极，通过外置的辅助阴极减小电流边缘效应达到改善均匀性的目的。但是，该方法采用的片外辅助阴极和需要的沉积的阴极表面不在同一平面内，对电流边缘效应的改善程度有限。随着片外辅助阴极放置位置和沉积阴极距离的增加，当距离大于2.5mm时，片外辅助阴极对铸层均匀性的改善不起任何作用，且该方法只适用于一些简单图形的辅助阴极，复杂图形的辅助阴极制作比较困难。期刊《微细加工技术》2008年第5期第45-49页提出了片内辅助阴极的方法。即先在玻璃基板上溅射一层Cr/Cu种子层，然后旋涂AZP4903正性光刻胶，通过光刻将微结构和辅助图形同时图形化，最后通过电铸制作微结构达到改善微结构铸层均匀性的目的。该方法由于片内辅助阴极和微结构在同一平面，改善铸层均匀性的效果更好。但是由于该方法在微器件电铸完成后片内辅助阴极采取了免去除的方式，因此改变了微器件的原始设计方案，导致微器件的使用性能受到一定的影响，这从设计的角度是不允许的。同时由于片内辅助阴极设置在微器件外围，对结构复杂的微器件内部的均匀性改善效果不明显。因此，探索一种简单、高效，且不改变微器件原始设计方案的、提高铸层均匀性的方法具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法，以解决微器件成型过程中铸层均匀性及片内辅助阴极改变微器件原始结构的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法，包括以下步骤：步骤S1、在基板上第一涂覆负光刻胶，制作牺牲层：在基板上涂第一负光刻胶，进行前烘，在基板上覆盖具有微器件图形的掩膜板进行曝光，显影，将微器件的图形转移到第一负光刻胶胶膜上，并进行烘烤成坚硬胶膜；步骤S2、制作种子层：在图形化的第一负光刻胶胶膜上溅射导电金属，得到导电金属种子层；步骤S3、制作掩蔽层：在导电种子层上涂覆正性光刻胶，经过前烘、在基板上覆盖具有辅助结构图形的掩膜板进行曝光、显影后，将辅助结构的图形转移到正性光刻胶胶膜上，即形成掩蔽层；步骤S4、对种子层进行腐蚀：对图形化的掩蔽层进行腐蚀，去除掩蔽层以外的导电金属种子层，然后去除正性光刻胶，得到辅助结构图形的种子层；步骤S5、制作具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜：在具有微器件图形的金属基板和具有辅助结构图形的种子层上涂覆第二负光刻胶，经过前烘，在基板上覆盖具有微器件结构图形和辅助结构图形的掩膜板进行曝光，后烘，显影，得到具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜；步骤S6、微电铸金属：将制作好的胶膜放入电铸液中进行微器件的电铸；步骤S7、去除光刻胶及辅助结构电铸层，得到微器件。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本专利技术的金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法，通过添加可去除的辅助结构，解决了现有方法中片内辅助阴极改变微器件原始设计方案的问题，保证了微器件的使用性能。(2)本专利技术突破了片内辅助阴极只能设置在微器件外围的局限性，辅助结构可根据微器件图形进行仿形设计，在提高具有复杂结构微器件的铸层均匀性上具有更高效的实用性。(3)本专利技术辅助结构在胶膜上的种子层上生成，不是直接在金属基底上电沉积成型，剥离处理更加简便快捷。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图。图2为实施例1中微器件的三维结构示意图。图3为BN303胶膜曝光示意图。图4为具有金属微器件图形的掩膜板遮光区域示意图。图5为BN303胶膜显影后示意图。图6为溅射铜种子层后示意图。图7为AZ703胶膜曝光示意图。图8为AZ703曝光使用的掩膜板图形。图9为AZ703胶膜显影后示意图。图10为种子层腐蚀并去除AZ703胶膜后示意图。图11为SU-8胶膜曝光示意图。图12为SU-8胶膜曝光使用的掩膜板图形。图13为SU-8胶膜显影后示意图。图14为电铸后示意图。图15为去除SU-8胶、BN303胶及辅助结构后示意图。具体实施方式为了说明本专利技术的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1，本专利技术的一种金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法，包括以下步骤：步骤S0、对基板进行预处理：首先使用精密研磨抛光机对金属基板进行研磨、抛光，使基板表面粗糙度Ra小于0.04μm；然后依次使用丙酮、乙醇对基板进行超声清洗，最后用氮气将基板吹干，并将其放入烘箱中烘干备用。步骤S1、在基板上第一涂覆负光刻胶，制作牺牲层：在基板上涂第一负光刻胶，然后进行前烘，冷却后在基板上覆盖具有微器件图形的掩膜板进行曝光，显影，将微器件的图形转移到第一负光刻胶胶膜上，并进行烘烤成坚硬胶膜。负光刻胶被紫外光直接照射的部分在显影过程中得到保留，掩膜板遮挡部分被溶解。所以牺牲层制作中曝光使用的掩膜板图形为微器件图形，目的是为了将微器件的图形转移到金属基板上。优选的，所述第一负光刻胶采用BN303光刻胶。步骤S2、制作种子层：在图形化的第一负光刻胶胶膜上溅射导电金属，得到导电金属种子层。优选的，所述导电金属采用铜。步骤S3、制作掩蔽层：在导电种子层上涂覆正性光刻胶，经过前烘、冷却后在基板上覆盖具有辅助结构图形的掩膜板进行曝光、显影后，将辅助结构的图形转移到正性光刻胶胶膜上，即形成掩蔽层。辅助结构的图形以微器件的图形为基准，外轮廓向外辐射，内轮廓向内收缩，以形成包含微器件图形的辅助结构。正性光刻胶被紫外光直接照射的部分在显影过程中被溶解，掩膜板遮挡部分被保留。掩蔽层制作中曝光使用的掩膜板图形为设置在微器件外围和内部的辅助结构(含辅助结构导电的电路图形)，目的是为了将辅助结构和导电连接线图形转移在牺牲层上。优选的，所述正性光刻胶采用AZ703光刻胶。步骤S4、对种子层进行腐蚀：对图形化的掩蔽层进行腐蚀，去除掩蔽层以外的导电金属种子层，然后去除正性光刻胶，得到辅助结构图形的种子层。步骤S5、制作具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜：在具有微器件图形的金属基板和具有辅助结构图形的种子层上涂覆第二负光刻胶，经过前烘，冷却后在基板上覆盖具有微器件结构图形和辅助结构图形的掩膜板进行曝光，后烘，显影，得到具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜。负光刻胶被紫外光直接照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、在基板上第一涂覆负光刻胶，制作牺牲层：在基板上涂第一负光刻胶，进行前烘，在基板上覆盖具有微器件图形的掩膜板进行曝光，显影，将微器件的图形转移到第一负光刻胶胶膜上，并进行烘烤成坚硬胶膜；步骤S2、制作种子层：在图形化的第一负光刻胶胶膜上溅射导电金属，得到导电金属种子层；步骤S3、制作掩蔽层：在导电种子层上涂覆正性光刻胶，经过前烘、在基板上覆盖具有辅助结构图形的掩膜板进行曝光、显影后，将辅助结构的图形转移到正性光刻胶胶膜上，即形成掩蔽层；步骤S4、对种子层进行腐蚀：对图形化的掩蔽层进行腐蚀，去除掩蔽层以外的导电金属种子层，然后去除正性光刻胶，得到辅助结构图形的种子层；步骤S5、制作具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜：在具有微器件图形的金属基板和具有辅助结构图形的种子层上涂覆第二负光刻胶，经过前烘，在基板上覆盖具有微器件结构图形和辅助结构图形的掩膜板进行曝光，后烘，显影，得到具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜；步骤S6、微电铸金属：将制作好的胶膜放入电铸液中进行微器件的电铸；步骤S7、去除光刻胶及辅助结构电铸层，得到微器件。...

【技术特征摘要】
1.一种金属微器件LIGA成型过程中提高电铸层均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、在基板上第一涂覆负光刻胶，制作牺牲层：在基板上涂第一负光刻胶，进行前烘，在基板上覆盖具有微器件图形的掩膜板进行曝光，显影，将微器件的图形转移到第一负光刻胶胶膜上，并进行烘烤成坚硬胶膜；步骤S2、制作种子层：在图形化的第一负光刻胶胶膜上溅射导电金属，得到导电金属种子层；步骤S3、制作掩蔽层：在导电种子层上涂覆正性光刻胶，经过前烘、在基板上覆盖具有辅助结构图形的掩膜板进行曝光、显影后，将辅助结构的图形转移到正性光刻胶胶膜上，即形成掩蔽层；步骤S4、对种子层进行腐蚀：对图形化的掩蔽层进行腐蚀，去除掩蔽层以外的导电金属种子层，然后去除正性光刻胶，得到辅助结构图形的种子层；步骤S5、制作具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜：在具有微器件图形的金属基板和具有辅助结构图形的种子层上涂覆第二负光刻胶，经过前烘，在基板上覆盖具有微器件结构图形和辅助结构图形的掩膜板进行曝光，后烘，显影，得到具有微器件和辅助结构图形的第二负光刻胶胶膜；步骤S6、微电铸金属：将制作好的胶膜放入电铸液中进行微器件的电铸；步骤S7、去除光刻胶及辅助结构电铸层，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：严战非，赵明，顾琪，杜立群，吕辉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32