CN108193236A - 一种基于uv-liga技术的微模具制造方法 - Google Patents

一种基于uv-liga技术的微模具制造方法 Download PDF

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郭钟宁
张会寅
邓宇
洪文生
麦文豪
王文兵
朱紫红
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Guangdong University of Technology
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

本发明提供了一种基于UV‑LIGA技术的微模具制造方法，包括以下步骤：(a)清洗金属基底；(b)烘干金属基底；(c)倒胶；(d)旋涂；(e)前烘；(f)曝光；(g)后烘；(h)银镜镀膜；(i)显影；(j)坚膜；(k)电铸；本发明的镀导电金属膜工序在显影工序之前，有效地避免了微沟槽顶部被沉积的金属堵塞，达到改善微细结构电铸质量的目的，同时不需要昂贵的设备，成本低。

Description

一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法
技术领域
本发明涉及微制造领域，具体涉及一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法。
背景技术
微流控芯片是一种微型化、集成化的便携分析设备，其流道的尺寸为微米级，分析剂量以微升计量。微流控芯片的重要应用领域为核酸分析，蛋白质分析和代谢物分析在内的生物化学分析。随着微流控芯片市场需求增大，然而目前微流控芯片的成本相对较高，仅限于实验室研究阶段。为制造出低成本的微流控芯片，使得微流控芯片平民化，研究快速低成本的、成熟的微结构成型工艺成为迫切需求。微流控芯片所用的材料主要有硅片、玻璃、塑料等。其中塑料的成本最低，然而模具的制造尚未成熟，目前存在的难点主要有：难以深宽比高的微纳结构；成型难度大，出现缺陷的概率较高；模具微结构的拔模斜度难以制造，脱模时容易损坏模具微结构等。
UV-LIGA技术是微制造的一种有效方法，包括光刻-电铸-模塑三个步骤。UV-LIGA技术在电铸模具时分带背板和不带背板两种方式。其中不带背板电铸出来的金属存在与基底结合力不足、拔模斜度为负等问题。带背板电铸与不带背板电铸正好相反，不存在结合力问题，有正向拔模斜度。由于带背板的电铸面积较大，且不导电，一般在电铸之前，要在工件上镀一层导电金属膜，现有技术镀膜的工序一般在光刻显影之后。显影后再镀膜的方式电铸时会电铸出来的材料会堆积在光刻出来的微沟槽的上部，造成电铸微结构缺陷。
现有镀膜技术主要有：化学气相沉积(CVD)，高温下的气相反应，例如，金属卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解，氢还原或使它的混合气体在高温下发生化学反应以析出金属、氧化物、碳化物等无机材料沉积在衬底表面上生成薄膜的方法。
物理气相沉积(PVD)，在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。主要分为：真空蒸发、溅射、离子镀(空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀)。不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
现有技术镀膜条件苛刻，成本高，而且对未显影的光刻胶会产生影响。并且现有技术主要用于显影后的镀膜，显影后的镀膜在电镀过程会产生不利影响。例如当显影后的微模具线宽太小的时候，如果侧壁存在金属种子，则电铸高深宽比的微结构的时候会由于光刻微沟槽顶部的离子浓度比槽底部的离子浓度大，导致槽口顶部的沉积速率比底部大，进而导致微沟槽顶部被沉积的金属堵塞，槽底部部的形成空洞。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，本技术可制造出高深宽比，有正向拔模斜度，结构完整的微模具，可避免电铸高深宽比微细结构时出现电铸金属填满坑槽之前将槽口堵住的现象，达到改善微细结构电铸质量的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，包括以下步骤：
步骤一：清洗并烘干金属基底；
步骤二：将适量光刻胶倒在金属基底上后旋涂；
步骤三：前烘，烘烤旋涂后的光刻胶40-45min；
步骤四：曝光，使用光刻机曝光8-11s；
步骤五：后烘，烘烤曝光后的光刻胶25-30min；
步骤六：银镜镀膜，将银镜反应液倒在装有光刻工件的容器上配置好，并快速摇匀后迅速将容器放置在50-60℃热水中静置4-8min后取出；
步骤七：显影，使用PGMEA有机溶剂进行显影；
步骤八：坚膜，对显影后的光刻胶进行120-135℃烘烤1.5-2h；
步骤九：电铸，选择脉冲电源进行电铸。
优选的，所述步骤一的清洗先用丙酮超声清洗，再用去离子水超声清洗。
优选的，所述步骤二根据旋涂转速为500～900rpm，根据不同旋涂转速可获得50～200μm的胶厚。
优选的，所述光刻机型号为URE-2000/35型紫外深度光刻机。
优选的，所述步骤三烘烤温度为70-95℃。
优选的，所述步骤五烘烤温度为70-95℃。
优选的，所述步骤九的脉冲电源一个正向周期内导通时间为1-30ms、关断时间为50-100ms，正向脉冲工作时间为100-600ms，正向电流密度为0.1-2A/dm，一个反向周期内导通时间为1-10ms，关断时间为1-10ms，方向脉冲工作时间为1-10ms，反向电流密度为0.01-0.1A/dm。
本发明提供的一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法的有益效果在于：
1)可制造出高深宽比，有正向拔模斜度，结构完整的微模具；
2)可避免电铸高深宽比微细结构时出现电铸金属填满坑槽之前将槽口堵住的现象，达到改善微细结构电铸质量的目的；
3)保证了微细结构的高质量复制；
4)不需要昂贵的设备，成本低。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图。
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、完整的描述，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。本领域普通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，均属于本发明的保护范围。
实施例：一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法。
本实施例中，一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，包括以下步骤：
步骤一：清洗金属基底，先用丙酮超声清洗，在用去离子水超声清洗，由于光刻胶对污染物较敏感，所以要尽量出去灰层、油污、水分等污染物，烘干金属基底，金属基底在温度100℃以上烘烤10min，保证金属基底的水分蒸发彻底；；
步骤二：倒胶，将适量光刻胶倒在金属基底上，采用旋涂转速为500rpm，可获得胶厚50μm；
步骤三：前烘，温度选择95℃，烘烤旋涂后的光刻胶45min，减少溶剂在光刻胶中的比例，使光刻胶变成固体，显影胶片可以直接置于光刻胶上，选择95℃是因为随温度的升高，图形开裂程度逐渐减弱，烘烤时间选择45min是为了尽可能地减少溶剂在光刻胶中的比例，使光刻胶固化更好；
步骤四：曝光，使用URE-2000/35型紫外深度光刻机曝光11s，曝光后光刻胶中的光敏因子生成使光刻胶发生交联反应的有机酸，胶片中的图形复制于光刻胶上；
步骤五：后烘，温度选择95℃，烘烤曝光后的光刻胶30min，以促进光刻胶中的交联反应,30min的烘烤时间能更充分地促进交联反应，减少图形的开裂；
步骤六：银镜镀膜，将银镜反应液按比例倒在装有光刻工件的容器上配置好，并快速摇匀后迅速将容器放置在60℃的热水中静置，约5min后取出，获得带镀银导电膜的光刻工件，因为当电铸带背板的模具时，需要在不导电的部位进行导电处理，一般为镀金属膜，这里使用银镜镀膜，因为银镜镀膜的反应条件温和，而化学气相沉积镀膜以及物理气相沉积镀膜反应条件苛刻，设备昂贵，并且会对光刻胶的固化产生影响；
步骤七：显影，使用PGMEA有机溶剂进行显影5min，对于负性光刻胶，没有曝光的区域不会发生交联反应，PGMEA有机溶剂可以将没有发生交联反应的区域进行溶解；
步骤八：坚膜，温度选择135℃，对显影的光刻胶烘烤2h，去除PGMEA有机溶剂，进一步硬化光刻胶；
步骤九：电铸，选择脉冲电源进行电铸，一个正向周期内导通时间为15ms、关断时间为85ms，正向脉冲工作时间为400ms，正向电流密度为0.9A/dm，一个反向周期内导通时间为2ms，关断时间为5ms，方向脉冲工作时间为7ms，反向电流密度为0.04A/dm，将带沟槽的光刻胶复制成为微细金属模具。
在上述步骤中，在显影之前把银镜膜镀在光刻胶上，显影时，没有曝光的光刻胶被PGMEA有机溶剂溶解，溶解后的微沟槽侧壁不存在银镜膜，电铸时，银镜先填满微沟槽底部，随着银镜在微沟槽内部堆积，直至微沟槽内的银镜填满微沟槽，微沟槽内部的金属开始与微沟槽外部的银镜膜相导通，微沟槽外部的银镜开始沉积，保证了微细结构的高质量复制。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：清洗并烘干金属基底；
步骤二：将适量光刻胶倒在金属基底上后旋涂；
步骤三：前烘，烘烤旋涂后的光刻胶；
步骤四：曝光，使用光刻机曝光；
步骤五：后烘，烘烤曝光后的光刻胶；
步骤六：银镜镀膜，将银镜反应液倒在装有光刻工件的容器上配置好，并快速摇匀后迅速将容器放置在热水中静置后取出；
步骤七：显影，使用PGMEA有机溶剂进行显影；
步骤八：坚膜，对显影后的光刻胶进行烘烤；
步骤九：电铸，选择脉冲电源进行电铸。
2.如权利要求1所述的基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，其特征在于：所述步骤一的清洗先用丙酮超声清洗，再用去离子水超声清洗。
3.如权利要求1所述的基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，其特征在于：所述步骤二根据旋涂转速为500～900rpm，根据不同旋涂转速可获得50～200μm的胶厚。
4.如权利要求1所述的基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，其特征在于：所述光刻机型号为URE-2000/35型紫外深度光刻机。
5.如权利要求1所述的基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，其特征在于：所述步骤三烘烤温度为70-95℃。
6.如权利要求1所述的基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，其特征在于：所述步骤五烘烤温度为70-95℃。
7.如权利要求1所述的基于UV-LIGA技术的微模具制造方法，其特征在于：所述步骤九的脉冲电源一个正向周期内导通时间为1-30ms、关断时间为50-100ms，正向脉冲工作时间为100-600ms，正向电流密度为0.1-2A/dm，一个反向周期内导通时间为1-10ms，关断时间为1-10ms，方向脉冲工作时间为1-10ms，反向电流密度为0.01-0.1A/dm。
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