一体化微加工多层复杂结构的方法技术

一种一体化微加工多层复杂结构的方法，用于微机电系统技术领域。本发明专利技术采用ＳＵ－８胶和准ＬＩＧＡ加工方法，使用多层套刻技术来减小多层结构间相对位置的误差，使用表面活化技术活化金属电铸层表面，使其与新电铸层间的结合力加强，使用种子层技术实现小电铸图形上电铸产生大电铸图形，从而实现一体化加工，最终制造出层间相对位置精度高、结合力强的三微复杂结构。本发明专利技术基于ＳＵ－８胶的准ＬＩＧＡ技术作为加工工序的主干，在光刻工序中使用多层套刻技术，解决了多层结构间的相对位置精度问题，在电铸前处理工序中使用表面活化技术和种子层技术，解决了层间结合力问题，最终实现的多层复杂结构的一体化加工，拓宽了准ＬＩＧＡ技术的加工范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微加工多层复杂结构的方法，特别是一种应用高深宽比加工技术。用于微机电系统

技术介绍
准LIGA(紫外光刻、微电铸、微复制的高深宽比加工技术)是高深宽比加工中常用的技术，被广泛应用于微机电系统的加工领域，经文献检索发现，Li，Bo，等人在The International Society for Optical Engineering(国际光学工程会)，v 5344，2004，p 147-154上发表的“Low stressed high-aspect-ratioultra-thick SU-8 UV-LIGA process for the fabrication of a micro heatexchanger”，(应用低应力的高深宽比厚SU-8胶的准LIGA技术加工微热转换器)应用低应力的高深宽比厚SU-8光刻胶，采用准LIGA技术加工MEMS(微机电系统)器件，厚SU-8胶层经过光刻显影后，作为微电铸模具，电铸材料选用Ni，加工完成的单层结构MEMS器件，尺寸精确，垂直方向边缘陡直。这种方法是通常的准LIGA工艺加工单层MEMS器件的方法，即加工的结构只适用于单层、纵向垂直形式且不能有变化的准三维结构，如果遇到复杂三维结构，它只能先将零件分层设计为多个准三维结构，然后分层加工，最后组装成需要的零件，但这种方法会增加后期精密装配工作的难度，而且装配误差和配合误差大，机构的整体性不强，影响实际正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对通常准LIGA技术只能加工准三维体的不足，提供一种，使得加工完成的零件具有层间合力强、相对位置精度高、配合误差小、整体性强等特点。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术基于SU-8胶和传统的准LIGA加工方法，使用多层套刻技术来减小多层结构间相对位置的误差，使用表面活化技术活化金属电铸层表面，使其与新电铸层间的结合力加强，使用种子层技术实现小电铸图形上电铸产生大电铸图形，从而实现一体化加工，最终制造出层间相对位置精度高、结合力强的三微复杂结构。以下对本专利技术方法作进一步的说明1、多层套刻技术来减小多层结构间相对位置的误差多层一体化加工技术是在一层已经电镀好的金属结构层上，再电铸产生新一层结构，层层电铸上去，因此如果多层结构之间的相对位置精度以正面的对焦基准来解决，累计误差会很大，直接影响最后整体机构的层间位置精度。本专利技术采用在基片背面加工对焦基准图形的方法，使用具有双面曝光功能的光刻机，每层结构对焦都以背面的基准图形为标准，减小多层结构间相对位置的误差，从根本上解决了层间相对位置精度问题。2、表面活化技术活化金属电铸层表面每次进行新电铸之前，首先对电铸层表面进行清洁，然后根据电铸材料的种类和性质，选用适合于该材料使用的化学活化溶液或有机活化溶液，对电铸层表面金属材料进行活化处理，使得其与新电铸层结合紧密，增强接合力。以此增加层间结合力要强。3、种子层技术当新电铸层的图形要大于它的前一层电铸层图形时，直接电铸是不可能的，只能采用种子层技术，即在前一层整体表面溅射一层金属薄膜，作为种子层，新电铸的图形直接在这层金属种子层上生长。种子层材料的选取至关重要，必须根据种子层所连接的两层金属的材料而定，即要求种子层材料与所连接的金属材料性质相近，又要求种子层材料导电性强，性质相对活泼，且种子层表面钝化层容易去除。Ni是一种准LIGA技术中常用的电铸材料，选用Cu作为Ni电铸层之间的种子层，因为Cu与Ni化学性质相近，与上下层Ni都能很好结合，且导电性好，化学性质相对活泼，对于种子层Cu膜上产生的钝化层，也很容易通过酸洗等方法去除。本专利技术将基于SU-8胶的准LIGA技术、多层套刻技术、表面活化技术和种子层技术有机地结合在了一起，基于SU-8胶的准LIGA技术作为加工工序的主干，在光刻工序中使用多层套刻技术，解决了多层结构间的相对位置精度问题，在电铸前处理工序中使用表面活化技术和种子层技术，解决了层间结合力问题，最终实现的多层复杂结构的一体化加工，拓宽了准LIGA技术的加工范围。附图说明图1本专利技术方法流程图具体实施方式为更好地理解本专利技术的技术方案，以下结合附图及实施例作进一步描述。实施例加工两个相互配合使用的三层结构，此结构中第一、三层图形大于第二层图形，电铸材料为Ni，使用双面曝光光刻机，具体加工方法如下先在基片底面做出光刻基准图形，以后的光刻工序均以其为基准。如图1中A所示，第一层甩光刻胶SU-8，根据底面的基准图形光刻、显影后，电铸Ni，电铸完毕后对电铸层表面进行平整化处理。如图1中B所示，第二层甩胶、光刻(以底面图形为基准)、显影后，对Ni表面进行表面活化处理，把基片放入含NaOH 700～800克/升，NaNO2(或NaNO3)200～250克/升的溶液中在120～130℃温度下加热10～30分钟，以活化松动氧化膜层。水洗后，再放入HCl 300～500克/升，H2SO4 200～300克/升，若丁0.5～3克/升的溶液中腐蚀1～2分钟，取出水洗，观察垫圈图形内Ni表面光亮一致，即可准备进入第二层的电铸工序。如图1中C所示，第二层电铸完成后，进行平整化处理。如图1中D所示，由于第三层的电铸图形大于第二层的电铸图形，所以不能在第二次电铸图形上直接生长，必须溅射种子层。此实施例中的电铸材料为Ni，选用Cu作种子层材料，溅射前，用稀盐酸浸泡基片，清洗去除Ni钝化层，溅射Cu膜作为种子层。如图1中E所示，在Cu膜上甩胶、光刻(以底面图形为基准)、显影，电铸前使用稀盐酸溶液浸泡基片，去除Cu膜钝化层，然后电铸第三层Ni。如图1中F所示，对第三层Ni进行平整化后，进行去胶，把基片放入丙酮溶液中浸泡，然后置于高温氧化炉恒温200℃，并通氧气，最后使用浓硫酸处理，直到全部齿轮集从胶中脱离出来(以上各步处理时间，根据SU-8胶厚度的具体情况而定)，且齿轮集上光刻胶清除完毕，再经过清洗后，加工完毕。此例为三层结构的加工方法，也可以根据此方法加工三层以上的结构。此外，经过活化以及去钝化层处理过基片应该立即放入电铸池中电铸，减少与空气接触的时间，电铸工序进行中，还应尽量减少取出基片检查和观测的次数，把电镀层可能钝化的几率降到最小，从而保证层间结合力不受影响。应用此加工方法加工完成的此机构，表面平整，边缘陡直，层间结合牢固，层间相对位置精度高，几何尺寸完全符合设计要求。权利要求1.一种，其特征在于，基于SU-8胶和准LIGA加工方法，使用多层套刻技术来减小多层结构间相对位置的误差，使用表面活化技术活化金属电铸层表面，使其与新电铸层间的结合力加强，使用种子层技术实现小电铸图形上电铸产生大电铸图形，从而实现一体化加工，最终制造出层间相对位置精度高、结合力强的三微复杂结构。2.根据权利要求1所述的，其特征是，所述的多层套刻技术来减小多层结构间相对位置的误差，具体为采用在基片背面加工对焦基准图形的方法，使用具有双面曝光功能的光刻机，每层结构对焦都以背面的基准图形为标准，减小多层结构间相对位置的误差。3.根据权利要求1所述的，其特征是，所述的表面活化技术活化金属电铸层表面，具体为每次进行新电铸之前，首先对电铸层表面进行清洁，然后根据电铸材料的种类和性质，选用适合于该材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化微加工多层复杂结构的方法，其特征在于，基于ＳＵ－８胶和准ＬＩＧＡ加工方法，使用多层套刻技术来减小多层结构间相对位置的误差，使用表面活化技术活化金属电铸层表面，使其与新电铸层间的结合力加强，使用种子层技术实现小电铸图形上电铸产生大电铸图形，从而实现一体化加工，最终制造出层间相对位置精度高、结合力强的三微复杂结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文元，姜勇，赵小林，丁桂甫，张卫平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]