一种三维电铸微结构的制作方法

摘要

一种三维电铸微结构的制作方法属于微制造技术领域，涉及金属基底微电铸金属器件类，该制作方法包括基底前处理、连接层微电铸型模的制作、微电铸、铜晶种层的制备、镍结构层的制作、微电铸后处理、牺牲层去除工序。在金属基底上，通过2次SU－8光刻胶的紫外光刻、铜晶种层的制备和2次镍的微电铸来实现三微悬臂微结构的制作；连接层微电铸型模的制作工序中，选择SU－8光刻胶作为牺牲层材料；在微电铸工序中，镍基板电铸前要进行表面活化处理；在铜晶种层的制备工序中，铜的腐蚀液采用的是2.5％的HNO₃溶液，采用紫外曝光的方法去除铜表面的正性光刻胶。该方法制作的悬臂微结构结合牢固、层内应力小的特点、可用做微传感器/微驱动器的核心器件。

主权项

1.一种三维电铸微结构的制作方法，包括基底前处理、连接层微电铸型模的制作、微电铸、铜晶种层的制备、镍结构层的制作、微电铸后处理、牺牲层去除工序，其特征是：采用牺牲层技术，在金属基底上，通过2次SU-8光刻胶的紫外光刻、铜晶种层的制备和2次镍的微电铸来实现三微悬臂微结构的制作；连接层微电铸型模的制作工序中，选择SU-8光刻胶作为牺牲层材料；在微电铸工序中，镍基板电铸前要进行表面活化处理，活化腐蚀液的配方是10～20％硝酸、80～90％丙乙酸(体积比)；在铜晶种层的制备工序中，铜的腐蚀液采用的是2.5％的HNO3溶液，同时为去除铜表面的正性光刻胶，采用紫外曝光的方法；在牺牲层去除工序中，采用浓硫酸煮沸的方法，其制作方法的具体步骤如下：(1)基底前处理：基底前处理分为机械加工前处理和表面清洗两个部分，机械加工前处理依次包括：铣削、磨削、精磨、线切割和抛光，表面清洗采用有机溶剂除油法，有机溶剂采用丙酮和乙醇；(2)连接层微电铸型模的制作：连接层微电铸型模也称悬臂微结构的牺牲层，牺牲层材料采用SU-8光刻胶，在连接层微电铸型模的制作工序中，采用国产光刻胶作为SU-8光刻胶的黏附层，SU-8光刻胶与黏附层采用光刻技术中的套刻工艺，显影后获得的微结构图形，直接作为微电铸的型模；(3)微电铸：镍的微电铸就是在微电铸型模的自由空间里实现镍的电沉积，在微电铸工序中，镍基板电铸前要进行表面活化处理，活化腐蚀液的配方是10～20％硝酸、80～90％丙乙酸(体积比)，腐蚀时间是10～20秒，电铸液采用无应力铸镍配方；(4)制备铜晶种层：铜晶种层的制备工序包括铜的溅射和铜的光刻，铜的溅射设备是射频溅射台；铜的光刻步骤是：用匀胶机均匀涂国产正性光刻胶，转速3500转/分，在60℃热板上烘45分钟，利用曝光机进行第1次紫外曝光，曝光时间30秒，放入0.5％的NaOH显影液中显影，在60℃热板上后烘1小时；放入2.5％的HNO3溶液中腐蚀铜约2分钟；用匀胶机将铜表面的水甩干，对整个基片表面进行第2次紫外曝光，曝光时间2分钟，然后将基片放入0.5％的NaOH中去除铜表面的光刻胶，用水冲洗干净；(5)镍结构层的制作：镍结构层的制作包括微电铸型模的制作和镍微电铸，在微电铸型模的制作工序中，采用SU-8光刻胶的紫外光刻技术；镍微电铸就是在微电铸型模的自由空间里实现镍的电沉积；(6)微电铸后处理：微电铸后处理包括真空退火和微器件的精磨、抛光，以去除内应力为目的的真空退火就是将带有SU-8光刻胶的微结构放入真空退火炉中，达到指定真空度后升温到350～400℃，保持100～120分钟后自然冷却，退火后的微结构还要经过精磨和抛光处理；(7)牺牲层去除：牺牲层的去除采用浓硫酸煮沸的方法，把待去胶的微结构放入浓度为95％～98％的浓硫酸中，将浓硫酸放在电炉上煮沸，时间为5～10分钟，待微结构上的SU-8光刻胶全部溶解后，用去离子水冲洗干净。