一种在硅基底上制备微空腔金属结构的方法与流程

本发明涉及金属微结构制造技术领域，特别是涉及一种在硅基底上制备全金属微空腔结构的方法，特别是涉及到一种基于二次曝光的UV-LIGA工艺在硅基底上制备微空腔金属结构。

背景技术：

在MEMS(微机电系统)中，微空腔结构在许多领域如高频微波传输、传感器、微谐振器等领域具有较为广泛的应用前景，引起了研究者越来越多的关注。由于其尺寸微小，且复杂度相对于平面开放式的微结构大为增加，微空腔结构的制作工序较为复杂。

现有3D-微空腔结构的加工制备工艺大都是利用光刻工艺制作出空腔凹槽，然后进行电铸，光刻工艺与电镀工艺对此交替使用，最后电镀出微空腔结构，将光刻胶剥离即可制得微空腔结构。此方法工序较为繁琐，制作周期较长，且制备的微空腔结构容易出现粗糙度较大、侧壁垂直度较差等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在硅基底上制备全金属微空腔结构的方法，采用的技术手段是牺牲层、真空溅射、UV-LIGA、微电铸及微电铸后处理技术，一次旋涂、二次曝光、一次显影、一次电铸的方法，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。

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全金属微空腔结构的方法，该方法具体包括以下步骤：

在硅基底上真空溅射一层厚度约为30nm的铜金属层，在金属层上涂覆一层厚度约为50nm的正光刻胶，将涂覆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，刻蚀掉暴露的金属层，并去除未曝光的正光刻胶，获得所需金属种子层；

在硅底层上涂覆一层50μm厚的正光刻胶；将涂覆正光刻胶的硅基片置于刻有图案2、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬2号掩膜版下，用波长约为365nm的紫外光曝光；

将曝光过的硅基片置于刻有图案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；将二次曝光后的硅基底置于TMAH显影液中显影，获得微结构的胶膜结构；

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，得到微空腔金属结构；

用PG去胶剂完全去除硅基片上的正光刻胶胶膜结构，获得微空腔金属结构。

该方法可以通过二次曝光一次显影获得所需胶膜微结构，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。

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全金属微空腔结构的方法中通过二次曝光一次显影获得所需胶膜微结构；所得金属外壳的内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。

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为本发明制备金属种子层加工工艺流程图；

图2为本发明第一次曝光工艺示意图；

图3为本发明第二次曝光工艺示意图；

图4为本发明显影、微电铸工艺示意图；

图5为本发明去胶获得微空腔金属结构工艺示意图。

图中：1-硅基底，2-金属层，3-正光刻胶，4-紫外光，5-1号掩膜版，6-未曝光的正光刻胶，7-金属种子层，8-正光刻胶，9-2号掩膜版，10-曝光的正光刻胶，11-紫外光，12-3号掩膜版，13-胶膜结构，14-电铸的铜结构，15-微空腔金属结构

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全金属微空腔结构的方法。

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全金属微空腔结构的方法，该方法具体包括以下步骤：

图1制备金属种子层。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上真空溅射一层厚度约为30nm的铜金属层；在金属层上涂覆一层厚度约为50nm的正光刻胶3，将涂覆正性光刻胶3的硅基片2置于刻有图案1、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬1号掩膜版5下，使用波长约为365纳米的紫外光4曝光；将硅基片浸没在TMAH显影液中显影，未曝光的正光刻胶6保护其覆盖的金属层，刻蚀掉金属层2暴露的金属层，并去除未曝光的正光刻胶6，获得所需金属种子层7；

图2为本发明第一次曝光。具体步骤是：金属种子层7硅基底上涂覆一层50μm厚的正光刻胶8；将涂覆正光刻胶8的硅基片置于刻有图案2、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬2号掩膜版9下，用波长约为365nm的紫外光4曝光6s，正光刻胶8见光后为曝光的正光刻胶10，其化学分解，成为溶解度增强剂，大幅提高显影液中的溶解度因子至100或者更高，极易溶解于TMAH显影液内；

图3为本发明第二次曝光工艺。具体步骤是：将一次曝光过的硅基片置于刻有图案3、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬3号掩膜版12下，用波长约为365nm的紫外光11曝光2s，得到上层曝光的正光刻胶10；

图4为本发明显影、微电铸工艺示意图。具体步骤是：将二次曝光后的硅基底置于TMAH显影液中显影，获得微结构的胶膜结构13；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，得到电铸的铜结构14；

图5为本发明去胶获得微空腔金属结构。具体步骤是：用PG去胶剂完全去除硅基片上的正光刻胶胶膜结构13，获得微空腔金属结构15。

本发明的在硅基底上制备微空腔金属结构的方法中，通过单次旋涂、两次连续曝光、一次显影、一次微电铸即获得微空腔金属结构。此方法制备的微空腔金属结构的侧壁粗糙度小和垂直度良好，且方法制备步骤简练，工艺简单，成本低，效果优。

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。

技术特征：

1.一种在硅基底上制备全金属微空腔结构的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

在硅基底上溅射一层厚度约为30nm的铜金属层，在金属层上涂覆一层厚度约为50nm的正光刻胶，将涂覆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365nm的紫外光曝光；将硅基片浸没在TMAH显影液中显影，刻蚀掉暴露的金属层，并去除未曝光的正光刻胶，获得所需金属种子层；

在硅底层上涂覆一层50μm厚的正光刻胶；将涂覆正光刻胶的硅基片置于刻有图案2、玻璃材质、厚度为3mm的镀铬2号掩膜版下，用波长约为365nm的紫外光曝光；

将曝光过的硅基片置于刻有图案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；将二次曝光后的硅基底置于TMAH显影液中显影，获得微结构的胶膜结构；

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，得到微空腔金属结构；

用PG去胶剂去除硅基片上的正光刻胶胶膜结构，获得微空腔金属结构。

2.根据权利要求1在硅基底上制备全金属微空腔结构的方法，其特征在于，在包含金属种子层的硅基片上涂覆50μm厚的正性光刻胶，将涂覆正光刻胶的硅基片置于镀铬二号掩膜版下，镀铬掩膜版上为刻有第一次曝光图案并且厚度为3mm的玻璃材质，使用波长约为365nm的紫外光曝光；将第一次曝光后的硅基片置于镀铬三号掩膜版下，镀铬掩膜版上为刻有第二次曝光图案并且厚度为3mm的玻璃材质，使用波长约为365nm的紫外光曝光；将二次曝光后的硅基片浸没在TMAH中显影，得微空腔的胶膜结构；将含有胶膜结构的硅基片置于由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内，在32.2℃的电铸温度下进行微电铸，得到微空腔金属结构；用PG去胶剂去除硅基片上的正光刻胶胶膜，即得到所需微空腔金属结构。

技术总结

本发明公开一种在硅基底上制备微空腔金属结构的方法，即：首先在硅基底上溅射一层金属；在溅射层上涂覆正光刻胶，经曝光、显影后获得所需金属种子层；在金属种子层上再次涂覆正光刻胶，先后使用不同图案的掩膜版对该层光刻胶进行曝光；依次对曝光后的基片显影、微电铸，获得金属胶膜微结构；最后去除光刻胶，获得金属微空腔结构。本发明利用一次涂覆光刻胶，两次曝光，一次显影及一次微电铸即可获得全金属微空腔结构，避免了目前该类结构制备过程中工艺繁琐导致的中心对准难、侧壁粗糙度大及侧壁垂直度低等问题，不仅简化了工艺步骤，而且有效地缩短了工艺制备周期。

技术研发人员：

阮久福;宋哲;董耘琪;张称;赵欣悦;黄波

受保护的技术使用者：

合肥工业大学

文档号码：

201611083034

技术研发日：

2016.11.30

技术公布日：

2017.05.31