CN106744654A - 一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法 - Google Patents

一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种在硅基底上制备横向圆形金属微同轴结构的方法，首先在硅基底上涂覆PDMS做释放层，在释放层上生长金属种子层；分别制备SU‑8胶膜作为内导体的支撑体和KMPR光刻胶胶膜作为内外金属导体结构的胶膜结构；微电铸和去除KMPR胶膜结构，即可获得纵向金属微同轴结构；将纵向金属微同轴结构从硅基片上分离；最后将纵向金属微同轴结构横向键合到硅基片上，即获得纵向圆形微同轴金属结构。本发明利用释放层、UV‑LIGA光刻和键合等技术获得横向向圆形微同轴金属结构，解决了现有微米级同轴结构制备中横向圆柱结构难以实现的难题。

Description

一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法
技术领域
本发明涉及金属微结构制造技术领域，特别是涉及到一种基于释放层、UV-LIGA工艺、微电铸以及键合等技术在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法。
背景技术
在RF MEMS(射频微机电系统)中，为了满足功能、装配、集成化等方面的技术要求，很多元器件都需要具有斜面、自由曲面等三维微结构，特别是微同轴结构，目前已引起了大多数研究者的关注。
现有三维微同轴结构多是利用多步LIGA工艺制备的矩形同轴微结构(即导体内轴和外壳都是矩形结构)，之所以采用矩形微同轴金属结构是为了与LIGA技术相兼容，因为LIGA工艺比较适合平面化和三维垂直结构的加工。而用该工艺制备的微同轴结构表面粗糙度较大，且侧壁垂直度较差。
而另一种微同轴结构的传输线是由圆形金属内导体和包围在它周围并与之共轴的空管状金属外导体构成的，本发明提出一种制备横向圆形微同轴结构的方法，首先在释放层上制备纵向圆形微同轴结构，然后将金属微结构从释放层处揭下，最后横向键合至硅基片的方法。该方法解决了现有微米级同轴结构制备中横向圆柱结构难以实现的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法，可解决目前横向圆形微同轴结构无法直接制备的难题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法，该方法具体包括以下步骤：
首先在硅基底上制备金属种子层，在硅基底上涂覆一层30nm厚的PDMS薄膜做释放层，在PDMS薄膜上真空溅射一层厚度约为30nm的金属层，在金属层上涂覆一层厚度约为50nm的RZJ-304正光刻胶，将涂覆RZJ-304正性光刻胶的硅基片置于刻有图案1、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬1号掩膜版下，使用波长约为365纳米的紫外光曝光；将硅基片浸没在TMAH显影液中显影并去胶，即获得所需金属种子层；
其次制备SU-8内导体支撑体，即在金属种子层上涂覆一层SU-8负性光刻胶，将涂覆SU-8负性光刻胶的硅基片在2号掩膜版下用紫外光进行曝光并对其显影，获得同轴微结构的SU-8光刻胶支撑体；
然后制备微同轴内外金属导体的胶膜结构，在硅基片上涂覆一层KMPR负性光刻胶，基片置于刻有图案3、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬3号掩膜版下，用波长约为365nm的紫外光曝光，将曝光后的胶膜基片在显影液内显影获得微同轴内外金属导体的胶膜结构；
然后将胶膜结构置于由9080g无水硫酸铜、1283ml硫酸、4ml盐酸以及76g十二水硫酸铝钾混合配制的电铸液中，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，铸层厚度为500um获得带KMPR胶膜的金属微结构，用PG去胶剂完全去除硅基片上的KMPR胶膜结构，即获得金属微同轴结构；
最后将获得的金属微同轴结构在无尘手套箱内从硅基片上分离，将金属微同轴结构横向键合到硅基片上，即获得横向圆形微同轴金属结构。
该方法通过硅基片上直接制备纵向的微同轴金属结构，然后将此纵向的圆形微同轴金属结构键合到硅基底上，可解决目前的多层连续加工工艺存在的中心对准难、金属外壁粗糙度大以及垂直度低等问题，并且可以获得横向圆形微同轴金属结构。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的在硅基底上制备圆形微同轴金属结构的方法中通过释放层、UV-LIGA工艺、微电铸等技术获得所需圆形微同轴金属结构的纵向结构；通过键合技术获得所需圆形微同轴金属结构的横向结构。所得金属外导体的内侧及内导体的外侧的侧壁粗糙度小且垂直度良好，此方法制备步骤简练，工艺简单，成本低，效果优，加工尺寸小有利于微器件的集成化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)为本发明制备金属种子层加工工艺纵向剖面图；
图1(b)为本发明制备金属种子层加工工艺纵向俯视图；
图2(a)为本发明制备SU-8光刻胶支撑体加工工艺纵向剖面图；
图2(b)为本发明制备SU-8光刻胶支撑体加工工艺纵向俯视图；
图3(a)为本发明制备KMPR负性光刻胶胶膜结构工艺纵向剖面图；
图3(b)为本发明制备KMPR负性光刻胶胶膜结构工艺纵向俯视图；
图4(a)为本发明制备内外导体金属结构加工工艺纵向剖面图；
图4(b)为本发明制备内外导体金属结构加工工艺纵向俯视图；
图5为本发明制备圆形微同轴金属结构最终效果图；
图6为本发明UV-LIGA光刻工艺1号、2号、3号掩膜版。
图中：1-硅基底，2-PDMS薄膜，3-铜金属层，4-正光刻胶，5-正光刻胶胶膜，6-金属种子层，7-SU-8负性光刻胶，8-SU-8胶膜支撑体，9-KMPR负性光刻胶，10-微同轴胶膜结构，11-电铸铜，12-纵向微同轴金属结构，13-横向微同轴金属结构，14-1号掩膜版，15-2号掩膜版，16-3号掩膜版。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图所示，一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法，该方法具体包括以下步骤：
图1(a)和图1(b)为制备金属种子层的剖面图和俯视图。具体步骤是：首先，按顺序分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗硅基底1；其次在硅基底1上涂覆一层PDMS薄膜2做释放层；然后在薄膜2上真空溅射一层厚度约为30nm的铜金属层3；在金属层上涂覆一层厚度约为50nm的正光刻胶4，将涂覆正性光刻胶4的硅基片置于玻璃材质、厚度为3mm的镀铬掩膜版14下，使用波长约为365纳米的紫外光曝光；将硅基片浸没在TMAH显影液中显影并用PG去胶剂去除未被显影掉遮光的正光刻胶胶膜5，获得所需金属种子层6。
图2(a)和图2(b)是制备SU-8胶膜支撑体的剖面图和俯视图。具体步骤是：金属种子层6上涂覆一层500μm厚的SU-8负性光刻胶7；将涂覆SU-8负性光刻胶7的硅基片置于玻璃材质、厚度为3mm的镀铬掩膜版15下，用波长约为365nm的紫外光曝光，在TMAH显影液内显影，获得SU-8胶膜支撑体8。
图3(a)和图3(b)为制备微同轴胶膜结构工艺的剖面图和俯视图。具体步骤是：在有支撑体的基片上涂覆一层500μm的KMPR负性光刻胶9，将基片置于玻璃材质、厚度为3mm的镀铬掩膜版16下，用波长约为365nm的紫外光曝光，并在TMAH显影液内显影，得到纵向圆形微同轴的胶膜结构10。
图4(a)和图4(b)为制备纵向圆形微同轴金属结构的剖面图和俯视图。具体步骤是：将微同轴胶膜结构10置于由9080g无水硫酸铜、1283ml硫酸、4ml盐酸以及76g十二水硫酸铝钾混合配制的电铸液中，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，电铸铜11厚度为500um，得到微同轴内外金属导体结构；用PG去胶剂完全去除硅基片上的KMPR负性光刻胶微同轴胶膜结构10，获得纵向圆形微同轴金属结构12；
图5为本发明获得的横向圆形微同轴金属结构的效果图。具体步骤是：将获得的纵向圆形金属微同轴结构12在无尘手套箱内从硅基片上分离，横向键合到硅基片1上，即获得横向圆形微同轴金属结构13。
图6(a)、(b)和(c)为本发明中所用的掩膜版14、15、16的图案。
本发明的在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法中通过释放层、UV-LIGA工艺、微电铸等技术获得所需圆形微同轴金属结构的纵向结构；通过键合技术获得所需圆形微同轴金属结构的横向结构。所得金属外导体的内侧及内导体的外侧的侧壁粗糙度小且垂直度良好，此方法制备步骤简练，工艺简单，成本低，效果优，加工尺寸小有利于微器件的集成化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：首先在硅基底上制备金属种子层，在硅基底上涂覆一层30nm厚的PDMS薄膜做释放层，在PDMS薄膜上真空溅射一层厚度约为30nm的金属层，在金属层上涂覆一层厚度约为50nm的RZJ-304正光刻胶，将涂覆RZJ-304正性光刻胶的硅基片置于刻有图案1、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬1号掩膜版下，使用波长约为365纳米的紫外光曝光；将硅基片浸没在TMAH显影液中显影并去除曝光时遮光的正光刻胶，获得所需金属种子层；其次制备内导体的SU-8胶膜支撑体，即在金属种子层上涂覆一层500um厚的SU-8负性光刻胶，将涂覆SU-8负性光刻胶的硅基片在2号掩膜版下用紫外光进行曝光并对其显影，获得同轴微结构的SU-8胶膜支撑体；然后制备微同轴的金属内外导体的胶膜结构，在基片上涂覆一层500um厚的KMPR负性光刻胶，在3号掩膜版下用紫外光进行曝光，将曝光后的胶膜基片在显影液内显影获得微同轴金属内外导体的胶膜结构；然后对胶膜结构进行微电铸，铸层为500um，获得带胶膜的金属微结构，去除微结构内的KMPR胶膜，即获得纵向的金属微同轴结构；最后将微同轴金属结构在无尘手套箱内从硅基片上分离，将纵向金属微同轴结构横向键合到硅基片上，即获得纵向圆形微同轴金属结构。
2.根据权利要求1在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法，其特征在于，在包含金属种子层的硅基片上涂覆50微米厚的SU-8负性光刻胶，将涂覆负光刻胶的硅基片置于镀铬2号掩膜版下，镀铬掩膜版上为刻有支撑体图案并且厚度为3mm的玻璃材质，使用波长约为365nm的紫外光曝光，将基片置于SU-8专用显影液内显影获得SU-8支撑体。
3.根据权利要求1在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法，其特征在于，本发明首先在硅基片上涂覆了一层PDMS薄膜作为释放层，纵向微同轴金属结构制备完成，即可在无尘手套箱内将纵向微同轴金属结构揭下来。
4.根据权利要求1在硅基底上制备横向圆形微同轴金属结构的方法，其特征在于，将揭下的纵向微同轴金属结构通过键合技术横向键合在硅基片上，即可获得横向圆形微同轴金属结构。
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