TW202132626A

TW202132626A - 電鑄製程

Info

Publication number: TW202132626A
Application number: TW109143741A
Authority: TW
Inventors: 馬可赫曼勞倫斯休伯特庫斯特; 喬里斯安東尼厄斯威廉姆莫寧霍夫; 尼可拉斯希爾登布蘭德; 羅伊杰拉德斯強尼斯喬瑟夫阿爾伯特; 強尼斯亨德里克斯瑪麗亞貝倫紹特; 哈姆克里特諾爾
Original assignee: 荷蘭商維克有限公司
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-09-01
Also published as: EP4077768A1; JP2023507177A; WO2021125959A1; US20230035647A1; KR20220118447A; NL2024542B1; CN114929942A

Abstract

一種電鑄金屬結構的製程，特別是具有從相鄰外層突出的尖端的結構。此製程包括以下步驟：在基底上沉積第一層，隨後是與第一層部分重疊的一個或多個後續層，以形成具有面對基底的一基底表面的一中間結構；在下一步中，從基底上移除中間結構，並且在中間結構的該基底表面上沉積一個或多個的接續層。

Description

電鑄製程

本發明涉及用於形成一種金屬結構的一種電鑄製程。

電鑄是用於在可移除的基底上，形成一個或多個金屬層的產品的電沉積方法。基底放置在與陰極電接觸的電解浴中。在陽極，待沉積金屬的離子會溶解到電解質中。這些離子會流向基底，在此回補電子並成為一層的中性金屬分子而沉積在基底表面上。一旦金屬產品具有所需的厚度時，就將其從基底上移除。

典型地，將非導電塗覆的圖案施加在基底的某些部分上，來界定所要電鑄的結構的幾何輪廓。這樣的非導電塗覆，通常經由使用對紫外線敏感的光阻塗覆材料的黃光微影製程來施加在基底上。可以例如經由旋塗來施加光阻，以獲得厚度均勻的一非常光滑的層。例如，經由使用雷射直接成像（laser direct imaging, LDI），或經由使用光罩，將光阻的某些部分選擇性地暴露於UV光下。如果光阻是正型光阻，則曝光的部分會被去除。如果光阻是負型光阻，則未曝光的部分會被去除。光阻的圖案化塗覆會保留在基底上。具有光阻圖案的導電基底形成心軸（mandrel）。電鑄僅在基底未被光阻圖案所屏蔽的部分上發生。

US 2005/0253606公開了用於形成具有交錯的層和凹口的複雜的多層結構的電沉積方法。在下一層可以附著之前，每一層都必須先平坦化。

NL 1031259公開了一種電鑄製程，其涉及在一基底以及在基底去除之後會支撐結構的犧牲層上形成一金屬層。

本發明的一個目的，是提供一種可以用於更廣泛的金屬製品的電鑄製程，特別是用於具有從外層突出的一個或多個內層的製品。

本發明的目的是經由一種電鑄金屬結構的製程來達成，此製程包括以下的步驟：

在基底上沉積第一層，隨後是與第一層部分重疊的一個或多個的後續層，以形成具有面對基底的基底表面的中間結構；

在下一步驟中，從基底移除中間結構，並且在中間結構的該基底表面上沉積一個或多個的接續層。

在除去基底之後，中間結構形成在基底上的未覆蓋表面就會與基底一樣的平坦。因此，就可以在中間結構的這一側上施加接續層，而沒有先對其進行平坦化的必要。

第一層本身可以包括一個或多個層。部分重疊的層也可以包括一層或多層。這些層可以經由電沉積來形成。

由於與後續層部分重疊的緣故，第一層會相對於此後續層突出。在一個特定的實施例中，第一層也會相對於位在中間結構的基底表面上的一個或多個層突出。這樣，第一層會從兩側的外層突出，例如形成尖端。在第一層的兩側的層可以是對稱的或是不對稱的。

視情況需要，在從基底移除中間結構之前，在中間結構上面形成一層的犧牲材料。在最後的步驟中，可以例如經由選擇性蝕刻來去除犧牲材料的層。合適的犧牲材料包括例如銅，銀或聚合材料。犧牲材料的主體形成輔助基底，當將接續層施加在中間結構的基底側上時，在移除基底之後支撐中間結構。基底側是在移除基底之前，與基底直接接觸的中間結構的一側。

在特定實施例中，基底是具有限定至少第一層的輪廓的非導電塗覆的圖案，例如光阻圖案，的心軸。使用電沉積，可以非常精確地沉積第一層，而不會對相應的光阻有過度生長（overgrowing）的情況。

在形成重疊層之前，可以至少部分地去除光阻，所以可以施加新的光阻圖案以限制重疊層。視情況需要，可以完全除去完整的光阻塗覆，並用所需圖案的新光阻塗覆來取代。

視情況需要，第一層可以具有與重疊層及/或沉積在相對側上的多層不同的材料。這特別適用於製造具有第一材料，例如鎳或鎳合金，的多層主體的結構和第二材料，例如銠，的突出尖端。這樣的結構可以例如用作用為測試晶圓上的半導體的探針卡（probe card）的測試探針（test probe）。

在一個特定的特定實施例中，此製程方法可以例如包括以下步驟以製造具有尖端的結構：

在電鑄第一層之後，以一層新的非導電塗覆，例如光阻，覆蓋第一層；

在下一步驟中，移除非導電塗覆的一些部分以暴露基底的一部分，與第一層的一側相鄰；

在下一步驟中，在基底表面的暴露部分上電鑄第二層；

在下一步驟中，去除第一層頂部上的非導電塗覆的一些部分，並在第二層的暴露部分的頂部以及第一層的相鄰部分的頂部上電鑄第三層；

在下一步驟中，去除非導電塗覆的剩餘部分，並將犧牲材料的主體施加在第一層和第三層的頂部；

在下一步驟中，移除基底以暴露中間結構的基底側；

在下一步驟中，施加接續的非導電塗覆，以覆蓋第一層從第三層突出的部分並覆蓋犧牲層的與第一層相鄰的未覆蓋部分；

在下一步驟中，在非導電塗覆不存在的位置，電鑄一接續層；

在下一步驟中，去除非導電塗覆和犧牲材料。

用於電鑄的基底由例如金屬的導電材料製成，被鈍化以允許隨後所完成的電鑄結構的分離。非導電基底可以例如由玻璃，矽或塑料聚合材料製成，並且需要在電沉積之前先沉積一導電層。

犧牲材料可以是允許選擇性蝕刻而不影響最終結構的材料的任何材料。合適的犧牲材料包括例如銅，銀或聚合物材料。

非導電塗覆典型是光阻材料，例如正型或負型光阻，但是如果需要的話，也可以使用其他類型的非導電塗覆。根據本發明的製程方法允許以非常精確的和可靠的方式，以生產具有任何尺度，也在非常小的尺度上，例如在微米的尺度上，的突出內層的多層金屬結構。

光阻層的厚度可以例如在10至100微米的範圍內，但是如果有需要的話也可以在此範圍之外。

電鑄層的厚度可以例如在每層10至100微米的範圍內，但是如果有需要的話也可以在此範圍之外。

合適的金屬的例子包括，尤其是鎳、鎳合金，例如鎳-鈀合金；鉻、銠、銅或者銅合金。

適用於鎳的電鍍浴的例子包括，瓦特浴（Watts bath, NiSO₄ ），胺基磺酸鹽浴，適合用於銅的電鍍浴的例子包括硫酸銅浴。

本發明的進一步解釋參考附圖，圖1A-N圖示出了根據本發明的方法的示例性實施方案的連續步驟。

圖1A示出了被光阻3的非導電塗覆所部分覆蓋的基底2。光阻3例如經由旋塗所施加，以形成均勻厚度的UV敏感塗覆。在選擇性地暴露於UV光之後，例如借助於雷射直接成像，去除光阻3的一部分。於是，基底1的頂表面2具有導電裸露部分4和塗覆有光阻的非導電部分3，如圖1A所示。

然後將心軸1放置在電解質浴中並導電連地接至陰極。經由提供銠陽離子，銠層7沉積在心軸1的導電部分4上（圖1B）。銠層7的厚度不超過光阻3的厚度。

然後將心軸1從電解質浴中取出並旋塗第二光阻層8，其覆蓋第一光阻3和銠層7。要不然，可以去除第一光阻並完全用新的第二光阻來取代。將第二光阻8的一部分選擇性地暴露於UV下以進行熟化，並且將未熟化的部分沖洗掉。在圖1D中，直接鄰近銠層7的第一和第二光阻層被去除，留下基底2的一部分未被覆蓋（圖1D）。

然後將心軸1置於第二電解質浴中並連接至陰極，陽極被配置為釋放鎳陽離子。鎳層9沉積在心軸頂表面2的未被覆蓋的導電部分上。鎳層9的厚度與銠層7的厚度相同（圖1E）。

在下一步驟中，將心軸1從電解質浴中移出，並允許移去與鎳層9相鄰的銠層7頂部的光阻8的一部分（圖1F）。然後，將心軸1送回相同的電解質浴中，並在銠層7和第一鎳層9的未覆蓋部分的頂部上電鑄接續鎳層10（圖1G）。所得的中間結構具有從鎳主體伸出的銠尖端。其餘的光阻隨後被去除（圖1H）。

然後施加一層11的犧牲材料，在這種情況下為銅，以覆蓋完整的心軸1以及鎳和銠層7、10（圖1I）。可以經由電鑄或任何其他合適的沉積方法來施加銅。銅層的厚度與心軸1的厚度大致相同，但是如果有需要的話是可以更厚。

銅層11、鎳層10、和銠層7一起從心軸1移除（圖1J）。現在即會露出銠層的心軸側12，也就是在移除之前面對心軸的側。此側12與心軸表面2一樣的平坦，因此是一種非常適合用於電鑄接續的層的基底，而不需要平坦化的步驟。

在銠層7的突出部分的頂部上施加並熟化新的光阻層13（圖1K）。其餘的銠層7未被覆蓋，就像鎳層10一樣。

然後將此結構送回第二電解質浴，並再次與陰極連接。鎳的接續層14沉積在銠層7的未覆蓋的部分和與鎳部分10相鄰的表面上（圖1L）。

現在可以例如經由選擇性蝕刻去除最後的光阻13和銅11。剩餘的最終結構15包括鎳主體16，其一端夾置一突出的銠尖端。在替代實施例中，與銠尖端一致的層可以是不同的材料，例如銅，例如被鎳的或鎳合金層所夾置。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1:基底/心軸 2:基底2/頂表面/心軸表面 3:光阻/非導電部分 4:部分 7:銠層 8:光阻/光阻層 9:鎳層 10:鎳層/鎳部分 11:銅/層 12:側 13:光阻/光阻層 14:接續層 15:最終結構 16:鎳主體

圖1A-1N示出了根據本發明的製程方法的例示性實施例的連續步驟。

11:銅

13:光阻層

14:接續層

Claims

一種電鑄金屬結構的方法，包括以下步驟：在一基底上沉積一第一層，隨後沉積與該第一層部分重疊的一個或多個後續層，以形成具有面向該基底的一基底表面的一中間結構；在下一步驟中，從該基底上移除該中間結構，並且在該中間結構的該基底表面上沉積一個或多個接續層。
根據請求項1所述的方法，其中在從該基底上移除該中間結構之前，在該中間結構上形成一層的犧牲材料，並且其中在一最後步驟中，去除該層的犧牲材料。
根據請求項2所述的方法，其中，經由選擇性蝕刻去除該層的犧牲材料。
根據請求項3所述的方法，其中，該犧牲材料是銅。
根據請求項1所述的方法，其中，該基底是一心軸，其具有一非導電塗覆，例如一光阻，的一圖案，以限定至少該第一層的一輪廓。
根據請求項5所述的方法，其中該第一層不會對相應的該非導電塗覆的該圖案過度生長。
根據請求項5所述的方法，其中，在形成與該第一層部分重疊的該一個或多個層之前，至少部分地去除該非導電塗覆，並且施加一新的非導電塗覆圖案以限制該重疊層。
根據請求項1所述的方法，其中，該第一層和與該第一層部分重疊的該一個或多個層的一材料不同。
根據請求項1所述的方法，其中，該第一層是銠或者是一銠合金。
根據請求項1所述的方法，其中，該第一層和與該第一層部分重疊的該一個或多個層的至少一者是鎳或者是一鎳合金。
根據請求項10所述的方法，其中，該鎳合金是一鎳鈷合金。