CN1663906A - 微电子机械系统用微构件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电子机械系统用微构件的制备方法：先清洗器件衬底，然后，将其置于化学铸溶液中，进行化学铸镍，最后，去除化学铸催化底层表面上的负性光刻胶，得到微器件；本发明具有适用面广，所用的器件衬底只要求表面光洁，易于将微构件剥离，采用常用的载玻片、硅片或光滑的金属表面均可，采用化学铸取代电铸，使工艺更加简单、降低了对设备的要求，无需外加电源，降低了成本，同时铸件更加均匀，尺寸精度高，不存在边缘效应。本发明工艺简单，对工艺条件要求比较宽松，微构件制作成品率高。

Description

微电子机械系统用微构件的制备方法

                           技术领域

本发明涉及一种微电子机械系统用微构件的制备方法。

                           背景技术

微电子机械系统是微电子技术与机械，光学领域结合而产生的，是20世纪90年代初兴起的新技术，是微电子技术应用的又一次革命性试验。微电子机械系统很有希望在许多工业领域，包括信息和通讯技术，汽车，测量工具，生物医学，电子等方面成为关键器件。制造微电子机械系统的加工技术主要有三种，第一种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基微电子机械系统器件；第二种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器造出小机器，再利用小机器造出微机器的方法；第三种是以德国为代表的LIGA(德文Lithographie-光刻，Galvanoformung-电铸的Abformung-塑铸三个词的缩写)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成深层微结构的方法，其中硅加工技术与传统的IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且该方法适合于批量生产，已经成为目前微电子机械系统的主流技术。但由于该技术需要高能量的同步辐射X射线进行光刻，设备投资高，还不能更广泛地采用这种技术。为了开拓微机械三维刻蚀技术，如能采用与LIGA技术近似的成果，将会大大地推动微机械研究工作。

                           发明内容

本发明提供一种能够进一步简化了工艺、节约成本且适于产业化的微电子机械系统用微构件的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种微电子机械系统用微构件的制备方法：先清洗器件衬底，在本底真空度≥5.0E-3，工作气压0.1～10Pa，溅射功率20～200W，靶极距5～20厘米，时间5～50分钟条件下，在器件衬底上溅射镍、铝或者活性比镍更活泼的金属，作为化学铸催化底层，在化学铸催化底层的表面涂覆一层负性光刻胶，并根据待制作的器件微模结构，通过光刻形成器件微模结构的负版光刻胶图形，然后，将其置于化学铸溶液中，在温度：80～90℃，pH值4.0～5.2的条件下，进行化学铸镍，上述化学铸溶液包括可溶性镍盐，次磷酸钠，醋酸钠和水，可溶性镍盐与次磷酸钠的摩尔比为0.20～1.5∶1，醋酸钠与可溶性镍盐的摩尔比为0.10～1.60∶1，水和可溶性镍盐的摩尔比为200～700∶1；最后，去除化学铸催化底层表面上的负性光刻胶，得到微器件。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明采用光刻技术可方便地在器件衬底上制作任意几何形状的尺寸在微米量级的微电子机械系统用微结构，适用面广。本发明所用的器件衬底只要求表面光洁，易于将微构件剥离，采用常用的载玻片、硅片或光滑的金属表面均可。本发明采用化学铸取代电铸，使工艺更加简单、降低了对设备的要求，无需外加电源，降低了成本，同时铸件更加均匀，尺寸精度高，不存在边缘效应。本发明工艺简单，对工艺条件要求比较宽松，微构件制作成品率高。

                           具体实施方式

下面结合实施例对本发明微电子机械系统用微构件制作过程做进一步的具体说明：

实施例1.微十字形的制作：

1)微电子机械光刻胶图形的制作：

在本底真空度为7.0E-3，工作气压5Pa，溅射功率110W，靶极距14厘米，时间26分钟条件下，在硅基片上采用磁控溅射法溅射一层金属衬底(衬底材料可选用铁、镍等)，本实施例选用铁衬底，衬底厚度在30-100nm之间；然后用去离子水洗涤干净，甩一定厚度的负性光刻胶；以十字形图形的铬板为掩膜，使用400nm波长的紫外光为曝光光源，曝光时间45s。本实施例采用湿法显影，显影液为中日合资苏州瑞红电子化学品有限公司生产的RFX-2277负胶显影液，显影后，在定影液中进行定影，定影液为分析纯级的乙酸乙酯，然后用去离子水洗涤干净，即可在基片上得到负版光刻胶图形。

2)微十字形构件的制作：

①配置化学铸溶液，将光刻后有负版光刻胶图形的基片放入化学铸液中进行化学铸。

化学铸液配方：

成分                            浓度(Mol/L)

硫酸镍                          0.05～0.2

次磷酸钠                        0.1～0.5

醋酸钠                          0.05～0.15

柠檬酸钠                        0.01～0.5

化学铸条件：PH   4.0-5.2之间的任意数

            温度 80-90℃之间的任意温度

当镀层达到要求的厚度后取出。

②将化学铸后的基片用去离子水洗涤干净，并去除光刻胶，即得到了所要求的十字形微构件。

实施例2.微齿轮镍构件的制作：

1)微电子机械光刻胶图形的制作：

在本底真空度为6.0E-3，工作气压10Pa，溅射功率200W，靶极距20厘米，时间50分钟条件下，在硅基片上采用磁控溅射法溅射一层金属镍衬底，衬底厚度在30-100nm之间；然后用去离子水洗涤干净；用负性光刻胶，以微齿轮图形的铬板为掩膜，使用400nm波长的紫外光为曝光光源，曝光时间90s。本实施例采用湿法显影，显影液为中日合资苏州瑞红电子化学品有限公司生产的RFX-2277负胶显影液，显影后，在定影液中进行定影，定影液为分析纯级的乙酸乙酯，然后用去离子水洗涤干净，即可在基片上得到负版光刻胶图形。

2)微齿轮构件的制作：

①配置化学铸溶液，将光刻后有负版光刻胶图形的基片放入化学铸液中进行化学铸。

化学铸液配方：

成分                  浓度(Mol/L)

氯化镍                0.05～0.2

次磷酸钠              0.1～0.5

醋酸钠                0.05～0.15

柠檬酸钠              0.01～0.5

化学铸条件：PH   4.0-5.2之间的任意数

            温度 80-90℃之间的任意温度

当镀层达到要求的厚度后取出。

②将化学铸后的基片用去离子水洗涤干净，并去除光刻胶，即得到了所要求的微齿轮构件。

实施例3.微齿轮形金属构件的制作：

1)微电子机械光刻胶图形的制作：

在本底真空度≥5.0E-3，工作气压0.1Pa，溅射功率20W，靶极距5厘米，时间5分钟条件下，在硅基片上采用磁控溅射法溅射一层金属衬底(衬底材料可选用铁、镍等)，本实施例选用铁衬底，衬底厚度在30-100nm之间；然后用去离子水洗涤干净，用负性光刻胶；以齿轮形图形的铬板为掩膜，使用400nm波长的紫外光为曝光光源，曝光时间60s。本实施例采用湿法显影，显影后，在定影液中进行定影，然后用去离子水洗涤干净，即可在基片上得到负版光刻胶图形。

1)微齿轮形构件的制作：

①配置化学铸溶液，将光刻后有负版光刻胶图形的基片放入化学铸液中进行化学铸。

化学铸液配方：

成分                        浓度(Mol/L)

可溶性镀层金属盐            0.02～0.2

次磷酸钠                    0.1～0.5

柠檬酸钠                        0.01～1.5

添加剂(醋酸钠、丙酸、硫酸铵)    0.05～0.5

化学铸条件：PH    4.0-9.0之间的任意数

            温度  80-100℃之间的任意温度

当镀层达到要求的厚度后取出。

②将化学铸后的基片用去离子水洗涤干净，并去除光刻胶，即得到了所要求的齿轮形微构件。

实施例4.

一种微电子机械系统用微构件的制备方法是：先清洗器件衬底，在本底真空度≥5.0E-3，工作气压0.1～10Pa，溅射功率20～200W，靶极距5～20厘米，时间5～50分钟条件下，在器件衬底上溅射镍、铝或者活性比镍更活泼的金属，作为化学铸催化底层，在化学铸催化底层的表面涂覆一层负性光刻胶，并根据待制作的器件微模结构，通过光刻形成器件微模结构的负版光刻胶图形，然后，将其置于化学铸溶液中，在温度：80～90℃，pH值4.0～5.2的条件下，进行化学铸镍，例如：可在温度：80℃，pH值4.0的条件下，或者在温度：90℃，pH值5.2的条件下进行化学铸镍，上述化学铸溶液包括可溶性镍盐，次磷酸钠，醋酸钠和水，可溶性镍盐与次磷酸钠的摩尔比为0.20～1.5∶1，醋酸钠与可溶性镍盐的摩尔比为0.10～1.60∶1，水和可溶性镍盐的摩尔比为200～700∶1，在本实施例中，可溶性镍盐与次磷酸钠的摩尔比为0.20∶1，醋酸钠与可溶性镍盐的摩尔比为0.10∶1，水和可溶性镍盐的摩尔比为200∶1，或者，可溶性镍盐与次磷酸钠的摩尔比为1.5∶1，醋酸钠与可溶性镍盐的摩尔比为1.60∶1，水和可溶性镍盐的摩尔比为700∶1，；最后，去除化学铸催化底层表面上的负性光刻胶，得到微器件。在上述光刻工艺中使用的光刻胶是对紫外线敏感的负性光敏胶或正性光敏胶；清洗工艺为：丙酮超声波清洗，然后用自制的清洗液在水浴加热80℃条件下清洗20～30分钟；清洗液组分为水、双氧水和盐酸，双氧水与水的摩尔比为0.1～0.2∶1，盐酸与水的摩尔比为0.02～0.04∶1。

Claims (3)

1、一种微电子机械系统用微构件的制备方法，其特征在于先清洗器件衬底，在本底真空度≥5.0E-3，工作气压0.1～10Pa，溅射功率20～200W，靶极距5～20厘米，时间5～50分钟条件下，在器件衬底上溅射镍、铝或者活性比镍更活泼的金属，作为化学铸催化底层，在化学铸催化底层的表面涂覆一层负性光刻胶，并根据待制作的器件微模结构，通过光刻形成器件微模结构的负版光刻胶图形，然后，将其置于化学铸溶液中，在温度：80～90℃，pH值4.0～5.2的条件下，进行化学铸镍，上述化学铸溶液包括可溶性镍盐，次磷酸钠，醋酸钠和水，可溶性镍盐与次磷酸钠的摩尔比为0.20～1.5∶1，醋酸钠与可溶性镍盐的摩尔比为0.10～1.60∶1，水和可溶性镍盐的摩尔比为200～700∶1；最后，去除化学铸催化底层表面上的负性光刻胶，得到微器件。

2、根据权利要求1所述的微电子机械系统用微构件的制备方法，其特征在于在光刻工艺中使用的光刻胶是对紫外线敏感的负性光敏胶或正性光敏胶。

3、根据权利要求1或2所述的微电子机械系统用微构件的制备方法，其特征在于清洗工艺为：丙酮超声波清洗，然后用自制的清洗液在水浴加热80℃条件下清洗20～30分钟；清洗液组分为水、双氧水和盐酸，双氧水与水的摩尔比为0.1～0.2∶1，盐酸与水的摩尔比为0.02～0.04∶1。