CN1184351C

CN1184351C - 上牺牲层加工方法

Info

Publication number: CN1184351C
Application number: CNB991032675A
Authority: CN
Inventors: 伊福廷; 张菊芳; 唐鄂生; 韩勇; 晋明
Original assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Current assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: CN1268585A

Abstract

本发明公开了一种上牺牲层加工方法。它是以铜为支撑体，镍为结构的夹钳器件，其方法如下：在由LIGA技术获得的聚甲基丙烯酸甲酯、钛片、电铸镍结构上，旋转涂紫外胶，在90℃下烘干，作为牺牲层。在紫外光刻机上套刻对准，曝光，显影得到胶图形，该图形作为牺牲层结构。溅射电镀基，电镀加厚，得到金属支撑体。去除钛片，聚甲基丙烯酸甲酯，牺牲层，即得到带有活动部分的夹钳器件。本发明的优点是工艺简单、实用。

Description

上牺牲层加工方法

技术领域

本发明属于光刻、微细加工技术、微机械、LIGA技术领域，更适合LIGA技术产品的活动部分加工方法。

背景技术

现有的LIGA技术，为Lithographie(光刻)、Galvanoformung(电铸)、Abformung(塑铸)的字头缩写，如发表在1993年第四期《微细加工技术》上的“微细加工技术----LIGA技术”。

LIGA技术是在微细加工、微机械、微机电系统领域发展起来的一门新的加工技术。可用于微机械的齿轮、光纤连接器、连杆、夹钳等，机电系统的加速度计、微电机、微泵等，光机系统的光单色器、红外滤光膜等微结构、微器件的加工。该技术还可以用于光机电结合的复杂系统加工，拥有非常好的发展前景。

LIGA技术包括深度光刻、电铸和塑铸三个主要工艺环节或加工方法，这也是该技术的常规工艺流程。对于向夹钳、光纤连接器、加速度计等带有活动部分的器件，单靠常规的加工方法难以解决，需要利用牺牲层技术才能完成上述器件的活动部分加工。

从已发表《微细加工技术》一文中可以看出，牺牲层是在LIGA工艺开始之前制造在基片上，然后将LIGA技术掩模图形与牺牲层对准后进行深度X-光光刻，在LIGA工艺完成后，将牺牲层去除，也可称为下牺牲层技术。这一技术有几个难点：1.掩模制造困难。通常LIGA技术掩模的支撑膜是不透明的，要套刻就需要制造可透过的对准标记；2.对准套刻困难。LIGA技术要进行深度光刻，胶厚在几百微米甚至到毫米，要看清这么厚胶下的图形是比较困难的，且随着厚度增加困难加大；3.牺牲层制造困难。LIGA技术不仅要进行深度光刻，而且还要进行非常大高宽比结构的制造，这就需要胶与基底有非常好的粘接力，胶与材料的良好粘接力具有很强的选择性能。而另一方面，牺牲层要最后去除掉，这就使其与基底有着不同性能，这样才能将其去除掉而不损坏基底。要同时满足上述这些要求，牺牲层制造是非常困难的。

发明内容

本发明的目的是提出一种工艺简单、实用的用于微机电系统器件活动部分的上牺牲层加工方法。

本发明的目的是这样实现的：本发明的上牺牲层加工方法是以铜为支撑体，镍为结构的夹钳器件的加工方法如下：(A))仅利用LIGA技术其中的深度光刻和电铸工艺，获得由钛片为基底、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶为电铸模、镍为电铸镍结构的原始样品；(B)将原始样品未脱模的PMMA胶和电铸镍结构为一体的结构表面进行磨削加工，得到光滑表面；(C)在光滑表面上，旋转涂紫外胶，并作为牺牲层；(D)在紫外光刻机上，通过对准显微镜将紫外掩模板图形与样品上的紫外胶下的电铸镍结构图形对准曝光；(E)用与紫外胶相配套的显影液显影，得到胶图形，该胶图形作为牺牲层结构；(F)在样品的牺牲层结构表面上，用真空热蒸发镀铜或其它导电金属层，该金属层作为电镀的导电层；(G)将样品的钛片基底涂紫外胶；(H)电镀加厚铜导电层，该导电层作为原始样品电铸镍结构的金属支撑体；(I)将样品放入丙酮溶剂中浸泡，直到将钛片上的紫外胶溶解；(J)将得到的样品浸泡在氢氟酸中，就可以将钛片基底溶解或部分溶解脱离；(K)将得到样品浸泡在装有氯仿的容器中，将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶清洗掉；(L)将得到的样品放入丙酮溶剂中浸泡，直到将牺牲层结构溶解掉，这样原始样品电铸镍结构中胶图形有胶部分遮盖住的部分，就与铜板金属支撑体分离，形成电铸镍结构中的自由活动体，最后，一个以铜为金属支撑体，带有活动部分的电铸镍结构产品就加工完成。

本发明的优点：1.由于套刻是用紫外掩模板在紫外光刻机上进行曝光，从而实现常规光刻对准；2.由于牺牲层采用了紫外光刻胶，在工艺完成后，用丙酮就可方便去除牺牲层，且不会影响其它部分；3.由于该技术是在LIGA技术常规工艺完成后，再进行紫外光刻而得到活动部分，不会影响LIGA技术常规工艺过程，并且使牺牲层技术大为简化。

附图说明

图1上牺牲层加工方法流程图。

具体实施方式

LIGA技术常规牺牲层技术工艺流程的步骤为：1.溅射导电层；2.紫外光刻；3.硝酸湿法腐蚀导电层；4.溅射牺牲层；5.紫外光刻和湿法腐蚀牺牲层；6.涂PMMA胶；7.用X-光掩模套刻对准；8.同步辐射曝光；9.显影；10.电铸镍；11.用氯仿去PMMA胶；12.去牺牲层。

本发明的上牺牲层加工方法参见图1，它是在LIGA技术常规工艺得到的电铸金属结构上涂紫外胶，在紫外光刻机上用紫外掩模板套刻对准，经紫外曝光和显影，溅射电镀基导电层，将导电层电镀加厚作为金属支撑体，去除钛片和紫外胶。

本发明的实施例：

以铜为金属支撑体，镍为结构的夹钳器件的加工方法如下：

(A)仅利用LIGA技术其中的深度光刻和电铸工艺，获得由钛片3为基底、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶1为电铸模、镍为电铸镍结构2的原始样品。(B)利用砂纸，将原始样品未脱模的PMMA胶1和电铸镍结构2为一体的结构表面进行磨削加工，得到一平整度小于10微米、粗糙度小于5微米的光滑表面。(C)在光滑表面上，以每分钟500-5000转的速度旋转涂紫外胶4(AZ1350)，并将紫外胶4和整个样品在90℃下烘干25-30分钟，该紫外胶4在电铸镍结构2表面之上，并作为牺牲层。(D)在紫外光刻机上将所得到的样品用真空吸附固定，通过对准显微镜将紫外掩模板5图形与样品上的紫外胶4下的电铸镍结构2图形对准，对准后进行曝光，曝光时间1-3分钟。(E)将样品从紫外光刻机上取下，用与紫外胶4相配套的显影液显影1-3分钟，得到胶图形，该胶图形作为牺牲层结构6，这样原始样品电铸镍结构2中需要活动的部分就被上述胶图形中有胶部分遮盖住，而不需要活动的部分通过胶结构中无胶部分裸露出来。(F)在样品的牺牲层结构6表面上，用真空热蒸发或离子溅射等方法镀铜或其它导电金属层，该金属层厚100-200nm，作为电镀的导电层，该金属膜附着在样品胶图形的有胶部分表面和无胶部分裸露出来的电铸镍结构2表面上。(G)将样品的钛片3基底涂紫外胶4，整个样品在90-120℃下烘干20-30分钟。(H)在样品上，用导电金属层作为电镀基，电镀加厚铜导电层到0.4-0.6mm的铜板，该铜板作为原始样品电铸镍结构2的金属支撑体7，并通过导电金属层与无胶部分裸露出来的电铸镍结构2表面相连接。(I)将样品放入丙酮溶剂中浸泡，直到将紫外胶4溶解掉。(J)将得到的样品浸泡在50％的氢氟酸中，浸泡12小时以上，就可以将钛片3基底溶解或部分溶解而与铜板及PMMA胶1和电铸镍结构2组成的结构体脱离。(K)将得到样品浸泡在装有氯仿的容器中，浸泡12小时以上，然后将装有样品和氯仿的容器放入超声波清洗容器中，将PMMA胶1清洗掉。(L)将得到的样品放入丙酮溶剂中浸泡，直到将牺牲层结构6溶解掉，这样原始样品电铸镍结构2中胶图形有胶部分遮盖住的部分，就与铜板金属支撑体7分离，形成电铸镍结构2中的自由活动体8，最后，一个以铜为金属支撑体7，带有活动部分的电铸镍结构2产品就加工完成。

AZ1350紫外胶为美国Shipley公司出品，为邻重氮柰醌磺酸脂类物质与其它添加剂的组合物。

另一实施牺牲层加工方法，以铜为金属支撑体7，镍合金为电铸镍结构的夹钳器件。

另一实施牺牲层加工方法，以镍或镍合金为金属支撑体7，镍或镍合金为电铸镍结构的电联接器，光纤联接器件，或流量计。

Claims

1.一种上牺牲层加工方法，其特征在于：以铜为金属支撑体，镍为电铸镍结构的夹钳器件的加工方法如下：

(A)仅利用LIGA技术其中的深度光刻和电铸工艺，获得由钛片(3)为基底、聚甲基丙烯酸甲酯即PMMA胶(1)为电铸模、镍为电铸镍结构(2)的原始样品；

(B)利用砂纸，将原始样品未脱模的PMMA胶(1)和电铸镍结构(2)为一体的结构表面进行磨削加工，得到一平整度小于10微米、粗糙度小于5微米的光滑表面；

(C)在光滑表面上，以每分钟500--5000转的速度旋转涂紫外胶(4)，并将紫外胶(4)和整个样品在90℃下烘干25-30分钟，该紫外胶(4)在电铸镍结构(2)表面之上，并作为牺牲层；

(D)在紫外光刻机上将所得到的样品用真空吸附固定，通过对准显微镜将紫外掩模板(5)图形与样品上的紫外胶(4)下的电铸镍结构(2)图形对准，对准后进行曝光，曝光时间1-3分钟；

(E)将样品从紫外光刻机上取下，用与紫外胶(4)相配套的显影液显影1-3分钟，得到胶图形，该胶图形作为牺牲层结构(6)，这样原始样品电铸镍结构(2)中需要活动的部分就被上述胶图形中有胶部分遮盖住，而不需要活动的部分通过胶结构中无胶部分裸露出来；

(F)在样品的牺牲层结构(6)表面上，用真空热蒸发或离子溅射方法镀铜，该金属层厚100-200nm，作为电镀的导电层，该金属膜附着在样品胶图形的有胶部分表面和无胶部分裸露出来的电铸镍结构(2)表面上；

(G)将样品的钛片(3)基底涂紫外胶(4)，整个样品在90-120℃下烘干20-30分钟；

(H)在样品上，用导电金属层作为电镀基，电镀加厚铜导电层到0.4-0.6mm的铜板，该铜板作为原始样品电铸镍结构(2)的金属支撑体(7)，并通过导电金属层与无胶部分裸露出来的电铸镍结构(2)表面相连接；

(I)将样品放入丙酮溶剂中浸泡，直到将紫外胶(4)溶解掉；

(J)将得到的样品浸泡在50％的氢氟酸中，浸泡12小时以上，以将钛片(3)基底溶解或部分溶解而与铜板及PMMA胶(1)和电铸镍结构(2)组成的结构体脱离；

(K)将得到样品浸泡在装有氯仿的容器中，浸泡12小时以上，然后将装有样品和氯仿的容器放入超声波清洗容器中，将PMMA胶(1)清洗掉；

(L)将得到的样品放入丙酮溶剂中浸泡，直到将牺牲层结构(6)溶解掉，这样原始样品电铸镍结构(2)中胶图形有胶部分遮盖住的部分，就与铜板金属支撑体(7)分离，形成电铸镍结构(2)中的自由活动体(8)，最后，一个以铜为金属支撑体(7)，带有活动部分的电铸镍结构(2)产品就加工完成。

2.根据权利要求1所述的上牺牲层加工方法，其特征在于上述夹钳器件是以镍合金为电铸镍结构的夹钳器件。

3.根据权利要求1所述的上牺牲层加工方法，其特征在于上述夹钳器件是以镍或镍合金为金属支撑体(7)，镍或镍合金为电铸镍结构的电联接器，光纤联接器件或流量计。