专利名称：一种提高微电铸器件尺寸精度的超声处理方法
技术领域：
本发明属于微制造技术领域，特别涉及提高微电铸器件尺寸精度的方法。
背景技术：
基于SU-8胶UV-LIGA工艺的微电铸技术已广泛应用于微传感器、微 执行器以及微 型模具等微器件的制造领域。在微电铸过程中，SU-8胶会吸收电铸液，导致胶模体积膨胀， 产生溶胀效应，电铸后金属结构与设计尺寸相差甚至能达到50%。光刻胶胶模的溶胀严重 影响电铸器件结构尺寸的可控性和精确性。为了降低电铸时PMMA胶体溶胀带来的误差，杂 志Mcirosystem Technologies 2002年第8期第116-119页中提出了在室温条件下进行电 铸的方法以减小胶模溶胀，但降低电铸温度不但影响铸层沉积速度，而且还会使铸层内应 力增力口，祷层容易月兌落ο 杂志 Journal of Micromechanics and Microengineering 2004 年第14期第1548-1557页中提出了一种在胶模图形周围增加隔离带的方案，用以减小周围 大面积PMMA胶体的溶胀对电铸结构的影响，该方法只对外围结构有效，对于密集、复杂图 形的中间部分不起作用。文献1、2提供的方法可以应用于SU-8胶模的微电铸工艺中，但同 样也存在上述的问题。微电铸结构的尺寸精度较低，并难以控制制约了微器件性能的进一步提高，如何 减小电铸过程中，胶模溶胀引起的尺寸误差是微电铸器件制造中急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服上述现有方法的不足和应用的局限性，提出一种 降低微电铸胶模溶胀，以提高微电铸器件尺寸精度的新方法。该方法利用超声处理SU-8 胶，可以减少电铸过程中SU-8胶对电铸液的吸收量，降低胶模溶胀，从而提高电铸器件的 尺寸精度。本发明采用的技术方案是一种对SU-8胶2进行超声处理，以提高微电铸器件尺寸 精度的方法，包括镍基板1前处理、微电铸胶模的制作以及微电铸工序。其特征是，在制作 微电铸胶模的过程中，甩胶、前烘、光刻及后烘之后，将涂有SU-8胶2的镍基板1固定到超 声工作台7上，利用超声US进行振动处理，然后再显影。微电铸器件的制作步骤如下a.先对镍基板1进行机械磨削和抛光，抛光后镍基板1的表面粗糙度Ra小于 0. 04 μ m，然后，依次利用丙酮和无水乙醇对镍基板1进行超声波清洗各20分钟，再用去离 子水进行冲洗后，用氮气吹干，放入120°C烘箱烘焙约60分钟；b.待镍基板1冷却至室温后，在其表面旋转涂覆SU-8胶2，为了提高胶层的平整 性，甩胶结束后，先水平静置自平整约30分钟，再放入烘箱中进行前烘，先是65°C烘40 60分钟，而后85°C烘40 60分钟；c.待涂胶镍基板冷却至室温后，将其放在光刻机上，盖上掩膜板3，通过硬接触 式、紫外线UV照射曝光，实现掩膜板3上的图形向SU-8胶2的转移，然后，将曝光后的涂胶 镍基板进行后烘，后烘温度85°C，后烘时间1. 5 3分钟；
d.为了减小电铸过程中SU-8胶对电铸液的吸收量，降低胶膜的溶胀，从而提高微 电铸器件的尺寸精度，待涂胶镍基板冷却至室温后，进行超声处理，将其固定在超声工作台 7上，涂胶面朝上，超声处理5 10分钟，超声频率20kHz，功率100 150W ；e.超声处理过程中镍基板会发热升温，需冷却至室温后，再利用SU-8胶显影液显 影，显影后没受到光照射的位置胶体溶解，出现沟道4，从而得到微电铸胶模；f.将微电铸胶模浸入电铸液中，在微电铸胶模的沟道4中实现电沉积，形成镍铸 层5;g.将电铸好的器件浸入装有SU-8胶去胶剂Remove PG的烧杯中，置于超声清洗机 中进行去胶，水浴温度80 90°C，将去胶后的微电铸器件用去离子水冲洗后，放入真空炉 中，待绝对真空度达到10_3Pa后，加热至350 400°C，保持约90分钟后，随炉冷却，以去除 残余应力。本发明的有益效果是克服了低温电铸和增加隔离带等提高微电铸器件尺寸精 度方法的不足和应用的局限性，制作胶模时利用超声对SU-8胶进行处理，减小电铸过程中 SU-8胶对电铸液的吸收量，降低胶模的溶胀，提高微电铸器件的尺寸精度。
图1是曝光工序，图2是超声处理工序，图3是显影工序，图4是微电铸工序，图 5是后处理工序。其中1_镍基板，2-SU-8胶，3-掩膜板，4-沟道，5-镍铸层，UV-紫外光， US-超声。图6是超声处理示意图。其中6_涂胶基板，7-超声工作台，8-超声变幅杆，9-超 声发生装置。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图，详细说明本发明具体的实施方式。实例在镍基板1上电铸直线型微模具，镍基板1的尺寸为63X63mm，掩膜板3上 直线的尺寸为宽100 μ m，长20mm，制作该模具的具体步骤如下1、镍基板前处理包括镍基 板1的机械磨削、抛光和表面清洗。抛光后镍基板1的表面粗糙度Ra小于0. 04 μ m。表面 清洗具体流程如下(1)将镍基板1置于丙酮中，超声清洗20分钟；(2)换用无水乙醇，超声清洗20分钟；(3)去离子水进行冲洗后，用氮气吹干，放入120°C烘箱烘焙60分钟。2、甩胶及前 烘待镍基板1冷却至室温后，在其表面旋转涂覆型号为2015的SU-8胶2，甩胶厚度70 μ m, 为了提高胶层的平整性，甩胶结束后先水平静置自平整30分钟，再放入烘箱中进行前烘， 先是65°C烘40分钟，而后85°C烘40分钟。3、曝光及后烘待涂胶镍基板冷却至室温后，将其放在光刻机上，盖上掩膜板3， 通过硬接触式、紫外线UV照射曝光，实现掩膜板3上的图形向SU-8胶2的转移，见附图1， 然后，将曝光后的涂胶镍基板进行后烘，后烘温度85°C，后烘时间1. 5分钟。4、超声处理待涂胶镍基板6冷却至室温后，将其固定在超声工作台7上，涂胶面朝上，利用超声US进行振动处理5分钟，超声频率20kHz，功率150W，见附图2及附图6。
5、显影超声处理过程中基板会发热升温，需冷却至室温后再利用SU-8胶显影液 显影，显影后没受到光照射的位置胶体溶解，出现沟道4，从而得到微电铸胶模，见附图3。6、微电铸将微电铸胶模浸入电铸液中，在微电铸胶模的沟道4中实现电沉积，形 成镍铸层5，见附图4。电铸液的配方为氨基磺酸镍360g/L、氯化镍5g/L、硼酸50g/L，电铸 液PH值3. 5，电铸温度50°C，电流密度2A/dm2。7、后处理依次包括去除SU-8胶2和真空退火。具体过程是将电铸好的器件浸 入装有SU-8胶去胶剂Remove PG的烧杯中，置于超声清洗机中进行去胶，水浴温度80°C ； 将去胶后的微电铸器件用去离子水冲洗后放入真空 炉中，待绝对真空度达到ICT3Pa后，力口 热至350°C，保持90分钟后随炉冷却，以去除残余应力，见附图5。采用本发明提出的，制作微电铸胶模时利用超声对SU-8胶进行处理的方法，可以 减小电铸过程中SU-8胶对电铸液的吸收量，降低胶模的溶胀，从而提高微电铸器件的尺寸 精度。在其他工艺参数相同时，利用超声处理后的胶模电铸出的模具比未经超声处理的尺 寸精度提高了 25%。
权利要求
一种提高微电铸器件尺寸精度的超声处理方法，其特征是，在制作微电铸胶模的过程中，甩胶、前烘、光刻及后烘之后，将涂有SU-8胶(2)的镍基板(1)固定到超声工作台(5)上进行超声振动处理，然后再显影，微电铸器件具体制作步骤如下a.先对镍基板(1)进行机械磨削和抛光，抛光后镍基板(1)的表面粗糙度Ra小于0.04μm，然后，依次利用丙酮和无水乙醇对镍基板(1)分别进行超声波清洗各20分钟，再用去离子水进行冲洗后，用氮气吹干，放入120℃烘箱烘焙约60分钟；b.待镍基板(1)冷却至室温后，在其表面旋转涂覆SU-8胶(2)，为了提高胶层的平整性，甩胶结束后，先水平静置自平整约30分钟，再放入烘箱中进行前烘，先是65℃烘40～60分钟，而后85℃烘40～60分钟；c.待涂胶镍基板冷却至室温后，将其放在光刻机上，盖上掩膜板(3)，通过硬接触式、紫外线UV照射曝光，实现掩膜板(3)上的图形向SU-8胶(2)的转移，然后，将曝光后的涂胶镍基板进行后烘，后烘温度85℃，后烘时间1.5～3分钟；d.为了减小电铸过程中SU-8胶对电铸液的吸收量，降低胶膜的溶胀，从而提高微电铸器件的尺寸精度，待涂胶镍基板冷却至室温后，进行超声处理，将其固定在超声工作台(7)上，涂胶面朝上，超声处理5～10分钟，超声频率20kHz，功率100～150W；e.超声处理过程中镍基板会发热升温，需冷却至室温后，再利用SU-8胶显影液显影，显影后没受到光照射的位置胶体溶解，出现沟道(4)，从而得到微电铸胶模；f.将微电铸胶模浸入电铸液中，在微电铸胶模的沟道(4)中实现电沉积，形成镍铸层(5)；g.将电铸好的器件浸入装有SU-8胶去胶剂Remove PG的烧杯中，置于超声清洗机中进行去胶，水浴温度80～90℃，将去胶后的微电铸器件用去离子水冲洗后，放入真空炉中，待绝对真空度达到10-3Pa后，加热至350～400℃，保持约90分钟后，随炉冷却，以去除残余应力。
全文摘要
本发明是一种提高微电铸器件尺寸精度的超声处理方法，属于微制造技术领域，特别涉及提高微电铸器件尺寸精度的方法。微电铸器件的制作工艺包括镍基板前处理、微电铸胶模的制作以及微电铸工序。在制作微电铸胶模的过程中，甩胶、前烘、光刻及后烘之后，将涂有SU-8胶的镍基板固定到超声工作台上，利用超声进行振动处理，然后再显影，得到微电铸胶模。将微电铸胶模浸入电铸液中，在微电铸胶模的沟道中实现电沉积，形成镍铸层，然后去除SU-8胶，并进行真空退火处理以去除残余应力。本发明减小了电铸过程中SU-8胶对电铸液的吸收量，降低了胶模的溶胀，从而提高了微电铸器件的尺寸精度。
文档编号C25D1/10GK101812705SQ201010133989
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者刘军山, 刘冲, 张本状, 徐征, 杜立群, 王启佳 申请人:大连理工大学