CN101143699A

CN101143699A - 通用性薄膜材料图形化方法

Info

Publication number: CN101143699A
Application number: CNA2007100479463A
Authority: CN
Inventors: 丁桂甫; 蔡豪刚; 杨卓青
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2008-03-19

Abstract

本发明公开一种微机械加工技术领域的通用性薄膜材料图形化方法。本发明通过光刻或掩模电镀在基片上制备一次性平面微模具；在整个基片范围内淀积薄膜材料，填满微模具的空隙；通过研磨加工去除薄膜高出微模具的多余部分，并减至所需厚度；选择性去除一次性平面微模具，得到所需微结构。本发明既可制造单层结构，也可制造叠层结构，且可与牺牲层工艺相结合，制造悬空结构，具有不受薄膜材料、厚度、淀积方法，以及衬底材料限制，通用化的优点，解决了一些薄膜材料用常规方法无法制造具有较大厚度以及整齐边界微结构的问题，工艺简单，图形化质量较高，与常规微加工工艺兼容，不需特殊的工艺或设备，易于推广。

Description

通用性薄膜材料图形化方法

技术领域

本发明涉及一种微机械加工技术领域的方法，具体涉及一种通用性薄膜材料图形化方法。

背景技术

微机械加工是制造微传感器、微执行器、微结构和系统的手段，包括薄膜生长、图形化工艺、键合操作、牺牲层工艺等。图形化工艺是指通过光刻将掩模版的图形转移到光刻胶，进而转移到薄膜上的工艺，它决定了所制造微结构的几何尺寸和平整程度，是微机械加工中的关键技术。将光刻胶的图形转移到薄膜上的一步，既可以通过先生长薄膜后光刻的刻蚀实现，也可以通过先光刻后生长薄膜的掩模电镀、选择性化学气相淀积(CVD)以及剥离技术实现。但是这些传统的图形化工艺，或多或少地存在自身的缺点和局限性。

首先，湿法刻蚀受到材料的限制，对一种特定的薄膜材料，需要寻找适当的腐蚀剂和掩模材料，并调整腐蚀剂的配比，以达到理想的选择比和腐蚀速率，而且腐蚀剂不能侵蚀组成所需结构的其他材料，如衬底、绝缘层等。尽管如此，刻蚀总是不可避免地会对薄膜材料和衬底带来一定的伤害，其粗糙程度也影响了微细线条的平整度。而干法刻蚀的厚度有所限制，而且刻蚀过程中的生热问题，可能造成对某些薄膜材料如聚合物的损害。一些常用的材料，如铜的干法刻蚀就较为困难，因此集成电路中的金属连线材料由铝换成铜时，镶嵌技术就取代了干法刻蚀。此外一些金属的干法刻蚀还会有交叉污染问题，因此在常规半导体工业中，采用干法刻蚀的金属差不多只有铝。

其次，掩模电镀和选择性金属CVD仅限于金属薄膜材料。金、银、铜、镍、铂、铅等可进行电镀。钨、铂等可进行选择性金属CVD，它是基于用所需的金属原子替换硅原子的化学反应，因此只能用于硅衬底上的金属薄膜。

再次，剥离技术也常用于金属的图形化，虽然几乎不存在对金属和衬底的伤害，可以获得较好的平整度，但是其薄膜厚度受到很大的限制。为了实现良好的金属剥离，其膜厚不能超过剥离层膜厚的2/3；为了形成下宽上窄的光刻窗口，需要对光刻胶表面进行显影前预处理，光刻胶也不可能很厚。最终形成的微结构厚度往往在1微米以内。虽然通过双层胶等工艺，实现了较大厚度的图形化，但仍然不过10微米，且增加了工艺的复杂度。另外，剥离掉的薄膜材料可能再次沾染到基片上，影响洁净度甚至造成短路，引起二次污染问题。

经对现有技术的文献检索发现，Adam Cohen等在《Proceedings of the IEEEMicro Electro Mechanical Systems(MEMS)》(电气和电子工程师协会微机电系统会议录)1999年第244-251页上发表的“Rapid，low-cost desktopmicromachining of high aspect ratio true 3-D MEMS”(高深宽比三维微机电系统的快速低成本加工方法)，该文中提出EFAB(ElectrochemicalFabrication)工艺，通过快速掩模电镀法、覆盖式沉积和平面化三个步骤对金属薄膜进行图形化，形成图形互相独立的多重金属层，最后去除牺牲层金属，形成三维微结构。此工艺具有批量化生产以及精度优于立体光刻的优点，但是其图形化也仅限于可以实现电化学淀积的金属或合金材料。

综上所述，由于现有图形化工艺的局限性，尽管对于一些特定材料，可以通过研究选择较为理想的工艺，但是目前尚没有一种可集成的通用图形化方法，可以不依赖薄膜材料，对厚度没有太大的限制，而且图形化质量较高，可以获得较高平整度的图形。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种通用性薄膜材料图形化方法，使其具有通用、不依赖于薄膜材料的特点，可以用于制造具有较大厚度以及整齐边界的微结构。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述通用的薄膜材料图形化方法，包括以下步骤：

第一步，通过光刻或掩模电镀在基片上制备一次性平面微模具；

第二步，在整个基片范围内淀积薄膜材料，填满微模具的空隙；

第三步，通过研磨加工去除薄膜高出微模具的多余部分，并减至所需厚度；

第四步，选择性去除一次性平面微模具，得到所需微结构。

以上的第一步到第三步可以重复进行，用以制造叠层结构。所以，本发明既可以对单一材料的薄膜进行图形化，也可以对多层复合材料的薄膜进行图形化，既可以制造单层结构，也可以制造叠层结构。

本发明对基片的要求不高，因而不受衬底材料的限制，只要能够维持加工过程中的化学稳定性，一般常见的单晶硅、玻璃、陶瓷、金属、复合材料甚至聚合物等都可以作为基片材料。对基片机械强度的要求，决定了基片的厚度，要能够保证在后续的薄膜淀积(如旋压、涂覆)和研磨过程中不会发生严重的变形。一般刚度较大的材料1mm以上即可，而聚合物或者较软的金属则要较厚，比如2mm以上。对平整度的要求则取决于所加工微结构的厚度和线宽。厚度和线宽越大，对平整度的要求就越低。对于较厚的结构而言，基片表面一定的粗糙度有利于提高结合力。与最终薄膜微结构互补的一次性平面微模具可以是光刻胶，也可以是通过掩模电镀技术形成的金属。

光刻胶形成的微模具，具有容易清除，工艺简单，成本低廉的优点，但是光刻胶的结构强度低，有可能在加工中受损而影响最终制得微结构的完整性。而且受到薄膜淀积方法的限制，如果淀积需要高温过程，则不适用。掩模电镀金属形成的微模具，强度高，不易在加工中受损，从而保证了最终制得微结构的完整性，而且适用于常见的各种淀积方法。各种能够电镀的金属都可以用作微模具，如铜、镍、铁镍、锌、铁等。可以从中选择能够与薄膜材料实现选择性刻蚀的合适金属材料，微模具的厚度要略高于所制造微结构的高度(2微米左右即可)，便于研磨。

本发明中，淀积薄膜材料可以是各种用传统方法不易实现图形化的金属、氧化物、聚合物，以及多层复合材料。由于是对整个平面的淀积，所以对方向性要求不高；厚度填满空隙即可，所以对厚度控制和平整度要求不高，因此也不受薄膜材料淀积方法的限制，常用的薄膜生长工艺均适用。可以通过旋压、涂覆、蒸镀、溅射、物理气相淀积、化学气相淀积、电镀等工艺实现。最终淀积的薄膜覆盖整个基片，将微模具的空隙处(就是将要形成微结构的位置)填满。研磨加工可以采用物理研磨。用平面砂轮磨盘或者砂纸研磨，从粗到细，依次研磨平整，直到将薄膜高出微模具的部分去除，微模具的上表面全部露出，再用2000号细砂磨盘或者砂纸研磨至需要的厚度。研磨加工也可以通过化学机械抛光(CMP)实现，这是集成电路制造中常用的技术，用于绝缘层氧化物的表面平坦化。对于光刻胶微模具，可用丙酮或者碱液去除。对于金属微模具，需要根据工艺兼容性要求选择刻蚀液配方，一般要求刻蚀速度快、选择性好，以避免对所制造的微结构形成损害。在必要的情况下，甚至可以进行多次的微模具复制，即用第一次制得的微结构作为第二次的微模具，将图形进一步转移到所需薄膜材料上，并且仍然可以保证很好的平整度。在叠层结构的制造过程中，最终微模具的去除还可以与牺牲层工艺相结合，制造悬空结构。在悬空结构厚度较薄、悬空距离较小的情况下，需要通过相变分离等工艺措施，防止粘附问题的产生。

本发明与现有技术相比，具有通用性的优点。首先不受薄膜材料及其淀积方法的限制，适用于各种现有技术不能很好完成图形化的材料，而且对淀积的台阶覆盖能力、平整度和厚度控制的要求不高，常用的薄膜生长工艺均可采用。其次不受薄膜厚度的限制，可以制造具有较大厚度以及整齐边界的微结构。最后也不受衬底材料的限制，只要在工艺过程中可以保持化学稳定性，常见的衬底材料均可用作基片。本发明是基础工艺的集成，具有与常规微加工工艺兼容，集成制造的能力。不需特殊的工艺或设备，过程不复杂，易于推广，而且图形化质量较高。

附图说明

图1是以图形化光刻胶作为一次性微模具的图形化工艺流程示意图。

其中：1是基片，2是光刻胶，4是薄膜材料。

(a)、在清洗烘干后的基片上旋涂一定厚度的光刻胶(略高于所制造微结构的高度以便于研磨)；

(b)、通过常规紫外光刻、显影形成一次性平面微模具图形；

(c)、在整个基片范围内淀积薄膜材料，填满微模具的空隙；

(d)、通过研磨加工去除薄膜高出微模具的多余部分，并减至所需厚度；

(e)、用丙酮或者碱液去除光刻胶，得到所需微结构。

图2是以掩模电镀金属作为一次性微模具的图形化工艺流程示意图。

其中：1是基片，2是光刻胶，3是用于制作微模具的金属，4是薄膜材料。

(a)、在清洗、烘干，并溅射种子层的基片上旋涂一定厚度的光刻胶(略高于所制造微结构的高度以便于研磨)；

(b)、通过常规紫外光刻、显影形成电镀所用的掩模；

(c)、在光刻暴露的种子层上生长金属镀层，与光刻胶平齐；

(d)、去胶后形成一次性平面微模具；

(e)、在整个基片范围内淀积薄膜材料，填满微模具的空隙；

(f)、通过研磨加工去除薄膜高出微模具的多余部分，并减至所需厚度；

(g)、选择合适的刻蚀液配方，选择性去除一次性金属微模具，得到所需微结构。

图3是以掩模电镀金属作为一次性微模具，通过多次图形化以及最终的牺牲层释放工艺制造叠层结构的流程示意图。

其中：1是基片，2是光刻胶，3是用于制作微模具的金属，4、5是薄膜材料。

(b)、通过常规紫外光刻、显影形成电镀所用的掩模；

(c)、在光刻暴露的种子层上生长金属镀层，与光刻胶平齐；

(d)、去胶后形成一次性平面微模具；

(e)、在整个基片范围内淀积薄膜材料，填满微模具的空隙；

(g)、溅射第二层种子层，重复b-f步骤，制造第二层微结构；

(h)、选择合适的刻蚀液配方，选择性去除一次性金属微模具，得到所需微结构。

同一份专利申请中，各个附图应采用一致的编号，编号：3是用于制作微模具的金属、3是薄膜材料、4是薄膜材料，造成不一致。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

主要材料：

基片：3毫米厚光学玻璃基片

一次性平面微模具材料：光刻胶(AZ4620)

薄膜材料：聚酰亚胺(北京波米科技有限公司ZKPI-305II胶液)

如附图1所示，首先用丙酮和去离子水顺序清洗光学玻璃基片1，烘干干燥之后，旋涂22微米厚AZ4620光刻胶2，通过常规紫外光刻、显影形成一次性平面微模具图形，图形的空隙处是长度60微米、宽度20微米的矩形浅槽阵列，也就是将要成型的薄膜微结构的位置。

通过旋压淀积聚酰亚胺薄膜4，填满微模具的空隙处。聚酰亚胺薄膜淀积完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片被聚酰亚胺覆盖的表面，直到光刻胶上表面以上的聚酰亚胺厚度小于2-3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的光刻胶上全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约2微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余聚酰亚胺高度在20微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入丙酮中，搅动2分钟，溶解清除光刻胶，留下的就是长度60微米、宽度20微米、厚度20微米的聚酰亚胺微结构阵列。

经测量，所制得聚酰亚胺微结构阵列线条清晰，尺寸精确，结构完整。

实施例2

主要材料：

基片：3毫米厚光学玻璃基片

一次性平面微模具材料：金属铜

薄膜材料：聚酰亚胺(北京波米科技有限公司ZKPI-305II胶液)

如附图2所示，首先用丙酮和去离子水顺序清洗光学玻璃基片1，烘干干燥之后，溅射Cr/Cu种子层。旋涂22微米厚AZ4620光刻胶2，通过常规紫外光刻、显影，形成电镀所用的掩模，即长度60微米、宽度20微米的光刻胶矩形阵列(与最终制得的微结构图形相同)。

用高分散性硫酸铜镀液对光刻后的带图案基片进行掩模电镀加工，在光刻暴露的种子层上生长22微米厚的金属铜镀层3，与光刻胶平齐，去胶后形成铜的网状微结构，前述的光刻胶阵列转化成为用于薄膜结构成型的空隙处。

掩模电镀铜的镀液组成及工作条件如下：

镀液由100g/L的硫酸铜、180g/L硫酸和1mL/L光亮剂(MHT，华美电镀材料公司)组成，工作条件：电流密度20mA/cm²，温度：25℃，电镀时间：50分钟。

通过旋压在金属铜微模具上淀积聚酰亚胺薄膜4，填满空隙处。聚酰亚胺薄膜淀积完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片上聚酰亚胺的表面，直到金属铜网格表面以上的聚酰亚胺厚度小于2-3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属铜网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约2微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余聚酰亚胺的高度在20微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入5％盐酸溶液中，并加入5毫升双氧水，搅拌15分钟，清除金属铜，留下的就是长度60微米、宽度20微米、厚度20微米的聚酰亚胺微结构阵列。

实施例3

主要材料：

基片：2毫米厚光学玻璃基片

一次性平面微模具材料：金属铜

薄膜材料：聚酰亚胺(北京波米科技有限公司ZKPI-305II胶液)，碳纳米管(深圳纳米港有限公司SMWNTS-2040)

掩模电镀铜的镀液组成及工作条件如下：

按照聚酰亚胺与碳纳米管质量比为20∶1的比例，先将0.5克碳纳米管放入玻璃研钵中，然后将10克聚酰亚胺加入研钵，充分研磨20分钟使碳管颗粒破碎变细，混合均匀。用不锈钢刮刀取混合后的膏状物，涂抹到带有平面微模具的基片表面，轻轻摊开涂抹均匀，以刮刀倾斜刀口挤压膏状物，使之完全填充微模具空隙处且充分压实，刮掉过分多余的膏状物，在保证金属铜微模具不暴露的前提下，尽量刮掉上层膏状物，以减少研磨工作量。最后抹平聚酰亚胺一碳纳米管混合物4的表面。

将上述填充后的基片放入烘箱中，先用60℃烘30分钟，接着升温到120℃烘1小时，再升温到200℃烘2小时，然后关掉电源，随炉自然冷却到室温，完成固化程序。

聚酰亚胺一碳纳米管薄膜固化完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片上聚酰亚胺的表面，直到金属铜网格表面以上的聚酰亚胺厚度小于2-3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属铜网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约2微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余聚酰亚胺的高度在20微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入5％盐酸溶液中，并加入5毫升双氧水，搅拌15分钟，清除金属铜，留下的就是长度60微米、宽度20微米、厚度20微米的碳纳米管复合聚酰亚胺微结构阵列。

经测量，所制得聚酰亚胺复合材料微结构阵列线条清晰，尺寸精确，结构完整。

实施例4

基片：2毫米厚石英基片

一次性平面微模具材料：金属锌

薄膜材料：聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)

如附图2所示，首先用丙酮和去离子水顺序清洗石英基片1，烘干干燥之后，溅射Cr/Cu种子层。旋涂22微米厚AZ4620光刻胶2，通过常规紫外光刻、显影，形成电镀所用的掩模，即长度60微米、宽度20微米的光刻胶矩形阵列(与最终制得的微结构图形相同)。

用高速硫酸锌镀液对光刻后的带图案基片进行掩模电镀加工，在光刻暴露的种子层上生长22微米厚的金属锌镀层3，与光刻胶平齐，去胶后形成锌的网状微结构，前述光刻胶阵列转化成为用于薄膜结构成型的空隙处。

掩模电镀锌的镀液组成及工作条件如下：

镀液由300g/L的硫酸锌、100g/L硫酸钠和1mL/L光亮剂组成，工作条件：电流密度20mA/cm²，PH＝5，温度：25℃，电镀时间：40分钟。

在黏性铸塑树脂(主要成分为甲基丙稀酸甲酯MMA)中加入聚合启动剂过氧化氢和引发剂苯胺，然后将混合后的膏状物涂覆在带有金属锌微模具的基片表面，使之完全填充微模具空隙处且充分压实，在室温条件下，MMA聚合为PMMA。

PMMA薄膜4固化完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片上PMMA的表面，直到金属锌网格表面以上的PMMA厚度小于2-3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属锌网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约2微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余PMMA的高度在20微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入10％盐酸溶液中，搅拌5分钟，清除金属锌，留下的就是长度60微米、宽度20微米、厚度20微米的PMMA微结构阵列。

经测量，所制得PMMA微结构阵列线条清晰，尺寸精确，结构完整。

实施例5

基片：2毫米厚光学玻璃基片

一次性平面微模具材料：金属锌

薄膜材料：对苯(撑)二甲基聚合物(Parylene)

掩模电镀锌的镀液组成及工作条件如下：

通过CVD淀积Parylene薄膜4，在150℃下将固态的二聚物进行升华，进入高温裂解腔，在680℃产生稳定的活性单体对苯二甲撑，最后单聚物进入5℃的沉积腔内，在6.67Pa气压下聚合冷凝吸附在基片上，沉积时间为3.5h。

Parylene薄膜淀积完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片上Parylene的表面，直到金属锌网格表面以上的Parylene厚度小于2-3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属锌网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约2微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余Parylene的高度在20微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入10％盐酸溶液中，搅拌5分钟，清除金属锌，留下的就是长度60微米、宽度20微米、厚度20微米的Parylene微结构阵列。

经测量，所制得Parylene微结构阵列线条清晰，尺寸精确，结构完整。

实施例6

主要材料：

基片：1毫米厚石英基片

一次性平面微模具材料：金属铜

微结构材料：氧化铝

如附图2所示，首先用丙酮和去离子水顺序清洗石英基片1，烘干干燥之后，溅射Cr/Cu种子层。旋涂12微米厚AZ4620光刻胶2，通过常规紫外光刻、显影，形成电镀所用的掩模，即长度60微米、宽度20微米的光刻胶矩形阵列(与最终制得的微结构图形相同)。

掩模电镀铜的镀液组成及工作条件如下：

氧化铝溅射的工艺条件：本底真空3.0×10^-3Pa，溅射压强0.5Pa，氩气流量180sccm，氧气流量20sccm，溅射电流11.8A，基片温度250℃，溅射时间80分钟，制得氧化铝薄膜厚度12微米。

氧化铝薄膜4淀积完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片溅射氧化铝的表面，直到金属铜网格表面以上的氧化铝厚度小于2-3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属铜网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约2微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余氧化铝高度在10微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入5％盐酸溶液中，并加入5毫升双氧水，搅拌15分钟，清除金属铜，留下的就是长度60微米、宽度20微米、厚度10微米的氧化铝微结构阵列。

经测量，所制得氧化铝微结构阵列线条清晰，尺寸精确，结构完整。

实施例7

主要材料：

基片：2毫米厚光学玻璃基片

一次性平面微模具材料：金属锌

微结构材料：FeSiB/Cu/FeSiB夹心薄膜

如附图2所示，首先用丙酮和去离子水顺序清洗光学玻璃基片1，烘干干燥之后，溅射Cr/Cu种子层。旋涂5微米厚AZ4620光刻胶2，通过常规紫外光刻、显影，形成电镀所用的掩模，即长度2毫米、宽度100微米的光刻胶矩形阵列(与最终制得的微结构图形相同)。

用高速硫酸锌镀液对光刻后的带图案基片进行掩模电镀加工，在光刻暴露的种子层上生长4微米厚的金属锌镀层，去胶后形成锌的网状微结构，前述光刻胶阵列转化成为用于薄膜结构成型的空隙处。

掩模电镀锌的镀液组成及工作条件如下：

镀液由300g/l的硫酸锌、100g/l硫酸钠和1mL/L光亮剂组成，工作条件：电流密度20mA/cm²，PH＝5，温度：25℃，电镀时间7分钟。

用磁控溅射方法在基片上溅射FeSiB薄膜，使用FeSiB合金靶。开始溅射之前基底真空为8×10^-7Torr，溅射Ar气压5×10^-2Torr，溅射功率600W，且在溅射过程中沿薄膜的横向施加16kA/m的磁场。制得FeSiB薄膜厚度为1微米，之后溅射1微米厚的金属铜，最后再溅射第二次2微米厚的FeSiB薄膜，形成FeSiB/Cu/FeSiB夹心薄膜4。

复合薄膜淀积完成后，首先用开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属锌网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约1微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余金属铜的高度在3微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入10％的NaOH溶液中，在60℃下搅拌10分钟，清除金属锌，留下的就是长度2毫米、宽度100微米、厚度3微米的FeSiB/Cu/FeSiB微结构阵列。

经测量，所制得FeSiB/Cu/FeSiB微结构阵列线条清晰，尺寸精确，结构完整。

实施例8

主要材料：

基片：2毫米厚石英基片

一次性平面微模具材料：金属铜

薄膜材料：聚酰亚胺(北京波米科技有限公司ZKPI-305II胶液)，镍铬合金

如附图3所示，首先用丙酮和去离子水顺序清洗石英基片1，烘干干燥之后，旋涂12微米厚AZ4620光刻胶2，通过常规紫外光刻、显影，形成电镀所用的掩模，即长度60微米、宽度20微米的光刻胶矩形阵列(与最终制得的聚酰亚胺微结构图形相同)。

用高分散性硫酸铜镀液对光刻后的带图案基片进行掩模电镀加工，在光刻暴露的种子层上生长12微米厚的金属铜镀层3，与光刻胶平齐，去胶后形成铜的网状微结构，前述的光刻胶阵列转化成为用于薄膜结构成型的空隙处。

掩模电镀铜的镀液组成及工作条件如下：

镀液由100g/L的硫酸铜、180g/L硫酸和1mL/L光亮剂(MHT，华美电镀材料公司)组成，工作条件：电流密度20mA/cm²，温度：25℃，电镀时间：28分钟。

通过旋压在金属铜微模具上淀积聚酰亚胺薄膜4，填满空隙处。聚酰亚胺薄膜淀积完成后，首先用粗砂平面磨盘研磨基片上聚酰亚胺的表面，直到金属铜网格表面以上的聚酰亚胺厚度小于2-3微米，换成开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属铜网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约2微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余聚酰亚胺的高度在10微米，停止研磨。

在研磨平整的基片表面溅射Cr/Cu种子层，旋涂5微米厚AZ4620光刻胶2，通过光刻、显影，形成电镀所用的掩模，即长度60微米、宽度20微米的光刻胶弹簧结构阵列(与最终制得的镍铬合金微结构图形相同)。

再次用高分散性硫酸铜镀液对光刻后的带图案基片进行掩模电镀加工，在光刻暴露的种子层上生长3微米厚的金属铜镀层3，电镀时间为7分钟。去胶后形成铜的网状微结构。

在基片上溅射镍铬合金5，溅射电压为4.5kV，溅射电流为22A，氩气流量290sccm，氧气流量40sccm，氮气流量150sccm，本底真空度8×10-3Pa，溅射时间1小时40分钟，所制得镍铬合金厚度3微米。

镍铬合金溅射完成后，首先开槽铜磨盘用颗粒直径2微米的金刚石研磨膏研磨，直到作为平面微模具的金属铜网格全部表面暴露，换磨盘改用颗粒直径0.5微米的金刚石研磨膏继续研磨减薄约1微米左右，用测微显微镜检测研磨进度，控制剩余镍铬合金的高度在2微米，停止研磨。

将研磨后的基片放入5％盐酸溶液中，并加入5毫升双氧水，搅拌10分钟，清除金属铜，留下的就是长度60微米、宽度20微米、厚度分别为10微米的聚酰亚胺绝缘层和2微米的镍铬合金金属丝叠层微结构阵列。

经测量，所制得叠层微结构阵列线条清晰，尺寸精确，结构完整。

Claims

1.一种通用性薄膜材料图形化方法，其特征在于，包括以下步骤：

第四步，选择性去除一次性平面微模具，得到所需微结构。

2.如权利要求1所述的通用性薄膜材料图形化方法，其特征是：所述在基片上制备一次性平面微模具，具体为：

a、光刻显影：如果用光刻胶作为微模具，直接光刻显影；

b、掩模电镀：如果用金属作为微模具，则在光刻前溅射电镀的种子层，并在光刻后进行掩模电镀。

3.如权利要求1或2所述的通用性薄膜材料图形化方法，其特征是：所述在基片上制备一次性平面微模具，可进行多次的微模具复制，用第一次制得的微结构作为第二次的微模具，将图形进一步转移到所需薄膜材料上。

4.如权利要求1所述的通用性薄膜材料图形化方法，其特征是：所述在整个基片范围内淀积薄膜材料，具体通过旋压、涂覆、蒸镀、溅射、物理气相淀积、化学气相淀积、或电镀实现，淀积薄膜材料是金属、氧化物、聚合物以及多层复合材料。

5.如权利要求1所述的通用性薄膜材料图形化方法，其特征是：所述研磨加工采用物理研磨或化学机械抛光。

6.如权利要求5所述的通用性薄膜材料图形化方法，其特征是：所述物理研磨，是指：用平面砂轮磨盘或者砂纸研磨，从粗到细，依次研磨平整，直到将薄膜高出微模具的部分去除，微模具的上表面全部露出，然后通过测微显微镜检测进度，用细砂磨盘或者砂纸研磨至需要的厚度。

7.如权利要求1所述的通用性薄膜材料图形化方法，其特征是：所述选择性去除一次性平面微模具，具体为：对于光刻胶微模具，用丙酮或者碱液去除；对于金属微模具，根据工艺兼容性选择刻蚀液配方；在叠层结构的制造过程中，与牺牲层工艺相结合，如果有悬空结构，在悬空结构厚度薄、悬空距离小的情况下，加入防止粘附的工艺措施。

8.如权利要求1所述的通用性薄膜材料图形化方法，其特征是：重复以上的第一步到第三步，用以制造叠层结构。