专利名称：金属微结构形成方法
技术领域：
本发明涉及一种微结构形成方法，尤其涉及一种金属微结构形成方法，是应用于微结构组件制造过程，可降低电镀所造成的残留应力、金属层间不会有残留应力，金属所附着的基板不致变形，而不致影响微结构组件后续制造过程进行。
背景技术：
对于目前微机电技术而言，微机电系统虽具有微小化、批次量产、且可提供许多高性能组件等优点，然，其所追求的目标仍是，如何能制造出体积更小、能源耗损更低、且功能更强大、系统更稳定的微机电系统。只是，为达到系统更稳定、可靠度更高的微机电系统，其上的微组件通常须具备良好的三维金属微结构，如微机电探针卡(MEMS probe card),这仍是待解决的课题。发明公告/公开号为428052的中国台湾专利公报“深刻电铸模造制造过程的含润湿剂的镍电铸液组成物”中，所揭露的是丁二酸磺酸钠的二烷基酯润湿剂可添加于深刻电铸模造制造过程中的镍电铸液，不但能维持镍电铸层的低内应力，而且非常有效的提高铸液的润湿力，于深刻镍电铸模造制造过程中，能有效的同时提升镍微结构体的深宽比与电铸过程时的电流密度，然，其并非为探讨如何制作出具有良好金属微结构的微结构组件。发明公告/公开号为200843190的中国台湾专利公报的“三维微结构及其形成方法”中，虽论及三维微结构，然，其技术特征为该三维微结构是应用于电磁能的同轴传输线。发明公告/公开号为200843191的中国台湾专利公报的“三维微结构及其形成方法”中，虽论及三维微结构，然，其技术特征为三维微结构经连续建造制造过程形成且包含彼此机械锁紧的微结构组件，该微结构例如用于电磁能的同轴传输线内。发明公告/公开号为200829358的中国台湾专利公报的“接合由不锈钢、镍或镍合金制成的工作件的方法、制造微结构组件的方法以及微结构组件”中，虽论及微结构组件， 然，其技术特征是关于一种用于接合至少两个由不锈钢、镍或镍合金制成的工作件的方法， 及用于制造选自包含微反应器、微热交换器、微冷却器、及微混合器的群组的微结构组件的方法，此外，是关于一种微结构组件，如具有流体结构包括由不锈钢、镍或镍合金制成的相互连接的微结构组件层堆栈的组件。专利号为US 5, 190, 637 的美国专利 “Formation Of Microstructures By Multiple Level Deep X-Ray Lithography With Sacrificial Metal Layers，，中，揭露一种金属微结构组件制造方法，其技术特征为六个主要步骤，步骤I :在一基板形成一光阻， 经由光罩曝光、显影，成形所需要的图案；步骤2 :在这图案内，电镀成型主要金属；步骤3 去除剩余的光阻，再电镀第二种金属围绕在主要金属外围，但第二种金属必须与主要金属有一定的蚀刻选择比，例如，主要金属为镍、第二种金属为银或铜；步骤4 :研磨加工主要金属及第二种金属使其结构高度一致；步骤5 :重复步骤I 4直到所需要的结构高度；以及， 步骤6 :蚀刻第二种金属，仅留下主要金属的微结构组件。 然而，上述US 5，190,637的美国专利的缺点为1.需要再电镀第二种金属，若第二种金属所占的面积相当大时，必须尽可能降低电镀所造成的残留应力，否则容易使附着主要金属的基板变形，造成无法进行后续制造过程；2.使得主要金属每层间有残留应力； 以及，3.虽然尽可能调整蚀刻液使主要金属与第二种金属间有较高的选择比，但，蚀刻液仍会渗入每层接口，造成每层的附着力降低，进而影响微结构组件的可靠度。所以如何寻求一种金属微结构形成方法，于形成微结构组件的立体金属微结构时，无须电镀第二种金属以围绕在主要金属外围、且无须蚀刻第二种金属，而可降低电镀所造成的残留应力、金属层间不会有残留应力，金属所附着的基板不致变形，而不致影响微结构组件后续制造过程进行，且，由于无须蚀刻第二种金属，因而，不会有蚀刻液渗入每层接口的问题，不会造成每层的附着力降低，而不致影响微结构组件的功能，乃是待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的便是在于提供一种金属微结构形成方法，是应用于微结构组件制造过程，于形成微结构组件的立体金属微结构时，无须电镀第二种金属以围绕在金属外围、且无须蚀刻第二种金属。本发明的又一目的便是在于提供一种金属微结构形成方法，是应用于微结构组件制造过程，于形成微结构组件的立体金属微结构时，由于无须电镀第二种金属以围绕在金属外围，因而，可降低电镀所造成的残留应力、金属层间不会有残留应力，金属所附着的基板不致变形，而不致影响微结构组件后续制造过程进行。本发明的再一目的便是在于提供一种金属微结构形成方法，是应用于微结构组件制造过程，于形成微结构组件的立体金属微结构时，由于无须蚀刻第二种金属，因而，不会有蚀刻液渗入每层接口的问题，不会造成每层的附着力降低，而不致影响微结构组件的功倉泛。根据以上所述的目的，本发明的金属微结构形成方法包含的步骤为，首先，准备一基板，以便于该基板上进行后续的金属微结构形成；接着，于该基板的表面上相继形成二层以上的金属微结构，在此，每一层金属微结构是由一种材料所组成，而该二层以上的金属微结构可由相同材料及/或由不同的材料所组成；继而，以液体或反应性离子蚀刻去除该二层以上的金属微结构以外的其它材料，在此，该液体或反应性离子蚀刻不会蚀刻该二层以上的金属微结构；最后，于基板上得到良好的金属微结构。
图I为流程图，用以显示说明本发明的金属微结构形成方法的流程步骤；图2为一流程图，用以显示说明图I中的准备一基板的步骤的详细流程步骤；图3为一流程图，用以显示说明图I中的于该基板的表面上相继形成二层以上的金属微结构的步骤的详细流程步骤；图4为一流程图，用以显示说明图I中的以液体来去除该二层以上的金属微结构以外的其它材料的步骤的详细流程步骤；图5为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的一实施例的流程步骤；图6-a至图6-n为示意图，用以显示说明图5中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形；图7为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的另一实施例的流程步骤；图8-a至图8-j为示意图，用以显示说明图7中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形；图9为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的再一实施例的流程步骤；图ΙΟ-a至图ΙΟ-m为示意图，用以显示说明图9中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形；图11为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的另一实施例的流程步骤；以及图12-a至图12_k图为示意图，用以显示说明图11中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形。
具体实施例方式以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。图I为一流程图，用以显示说明本发明的金属微结构形成方法的流程步骤。如图I 中所示的为本发明的金属微结构形成方法，首先，于步骤11，准备一基板，以便于该基板上进行后续的金属微结构形成，并进到步骤12。于步骤12，于该基板的表面上相继形成二层以上的金属微结构，在此，每一层金属微结构是由一种材料所组成，而该二层以上的金属微结构可由相同材料及/或由不同的材料所组成，并进到步骤13。于步骤13，以液体或反应性离子蚀刻去除该二层以上的金属微结构以外的其它材料，在此，该液体或反应性离子蚀刻不会蚀刻该二层以上的金属微结构，并进到步骤14。于步骤14，于基板上得到良好的金属微结构。图2为一流程图，用以显示说明图I中的准备一基板的步骤的详细流程步骤。如图2中所示，首先，于步骤111，选取一基板，该基板为选取自硅基板、玻璃基板、陶瓷基板等，并进到步骤12 ;抑或，于步骤111，选取一基板，该基板为选取自硅基板、玻璃基板、陶瓷基板等之后，进到步骤112。
于步骤112,于该基板上沉积种子层(seed layer),在此,该种子层为电镀起始层，需要有良好的导电性及与基板间的附着性，一般可选取自Cr/Au(Cr under Au)、Ti/ Au (Ti under Au) > Ti/Cu (Ti under Cu)或 Ti-W/Au (Ti_W under Au),以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr约100-200A, Au约1000-2000A,另，沉积的技术选取自蒸镀(evaporation)、派镀 (Sputtering)、无电镀(electroless)等；于步骤112完成后，并进到步骤12。
图3为一流程图，用以显示说明图I中的于该基板的表面上相继形成二层以上的金属微结构的步骤的详细流程步骤。如图3中所示的，首先，于步骤121，于该基板上批覆光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物，端视实际施行情形而定，在此，批覆光阻可依光阻特性而采用适宜的技术，有 spin coating、spray coating、lamination、casting 等，光阻可为正型、如 Clariant AZ4620、TOK LA900、PMMA，以及，光阻可为负型、如 JSR THB-126N、 MicroChem SU-8、epoxy-base photoresist/Su-8 等；于步骤 121 完成后，并进到步骤 122。于步骤122，进行光阻烘烤，光阻经烘烤后，将其中溶剂蒸发使光阻变硬，之后进行曝光、显影，以成形所需的微结构图案(pattern)，其中，烘烤方法有加热板直接加热 (direct backing by hot plate)、烘箱(Oven)或红外线加热(IR backing)等,曝光方式有 X-ray lithography、UV lithography、direct write e-beam 等；于步骤 122 完成后，并进到步骤123。于步骤123，在微结构图案凹洞内电镀所需的金属结构，一般可电镀的金属可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy> Ni-Fe alloy> Ni-Co alloy、Sn-Pb 等；在此，于进行电锻之前， 可在微结构图案凹洞内先沉积种子层，此种子层为电镀起始层，需要有良好的导电性及与光阻及电镀金属间的附着性，一般可选取自Cr under Au, Ti under Au, Ti under Cu or Ti-W under Au 等，以 Cr/Au 或 Ti/Au 为例，Cr 约为 100_200A，Au 约为 1000-2000A，另沉积技术选取自蒸镀、溅镀、无电镀等；抑或，于进行电镀之前，无须先沉积种子层，端视实际施行情形而定；于步骤123完成后，并进到步骤124。 于步骤124，进行研磨加工，研磨加工将使得光阻厚度与电镀金属厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(Chemical mechanical polishing, CMP)、机械研磨 (mechanical lapping)、抛光(polishing)等，并进到步骤 125。于步骤125，重复步骤121至步骤124，用以于该基板的表面上形成二层以上的金属微结构。图4为一流程图，用以显示说明图I中的以液体或反应性离子蚀刻去除该二层以上的金属微结构以外的其它材料的步骤的详细流程步骤。如图4中所示的，于步骤131，以溶剂或反应性离子蚀刻去除光阻及/或硬质蜡及/或高分子聚合物，用以释出立体的金属微结构，并进到步骤132 ;抑或，于释出立体的金属微结构后，并进到骤14。于步骤132，以蚀刻液移除种子层，并进到步骤14。图5为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的一实施例的流程步骤。如图5中所示的、并请参阅图6-a至图6-n的示意图，首先，于步骤21，选取一基板200，该基板I为选取自硅基板、玻璃基板、陶瓷基板等；于该基板I上沉积第一种子层 201再批覆第一层光阻202，在此，该第一种子层201为电镀起始层，需要有良好的导电性及与基板间的附着性，一般可选取自Cr under Au, Ti under Au, Ti under Cu or Ti-ff under Au,以 Cr/Au or Ti/Au 为例,Cr 约 100-200A, Au 约 1000-2000A,另，沉积的技术选取自蒸镀(evaporation)、派镀(Sputtering)、无电镀(electroless)等,本实施例以派镀为例；批覆的光阻可依光阻特性所采用适宜的技术选取自spin coating、spray coating、 lamination、casting 等；光阻可为正型、如 Clariant AZ4620、TOK LA900、PMMA,以及，光阻可为负型如JSR THB-126N、MicroChem SU-8等，可依产品特性选择合适的光阻，因本发明的后续须进行研磨加工制造过程，因而，于本实施例，采用结构强度较高的epoxy-basephotoresist/Su-8并以旋转涂布(spin coating)来批覆光阻，以有利于后续制造过程展开，步骤21的制造过程如图6-a中所示的，并进到步骤22。于步骤22，对第一层光阻202进行烘烤，经烘烤后，将其中溶剂蒸发使第一层光阻202变硬，之后进行曝光、显影，在此，曝光、显影所使用的光罩为203以成形所需的第一层光阻微结构204 ;其中，烘烤方法有加热板直接加热、烘箱或红外线加热等，曝光方式有 X-ray lithography、UV lithography、direct write e-beam 等；本实施例以 hot plate backing/UV exposure为例,步骤22的 制造过程如图6_b中所示的,于步骤22完成后,并进到步骤23。于步骤23,在第一层光阻微结构204图案凹洞内电镀所需的金属205结构,一般可电锻的金属 205 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等， 步骤23的制造过程如图6-c中所示的，并进到步骤24。于步骤24，进行研磨加工以得到第一层金属微结构206，研磨加工将使得第一层光阻202与电镀金属205厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研磨、抛光等；另，光阻应采用具高机械强度的epoxy-base photoresist如MicroChem Su_8, 步骤24的制造过程如图6-d中所示的，并进到步骤25。于步骤25，重复步骤21中的光阻批覆动作，再次进行光阻批覆，以成形第二层光阻207，步骤25的制造过程如图6-e中所示的，并进到步骤26。于步骤26，进行第二层光阻207烘烤、曝光、显影，以成形所需的第二层光阻微结构208图案，在此，使用光罩213，步骤26的制造过程如图6_f中所示的，并进到步骤27。于步骤27，沉积第二种子层209，该第二种子层209为电镀起始层，需要有良好的导电性及与光阻及电镀金属间的附着性，一般可选取自Cr under Au，Ti under Au，Ti under Cu or Ti-ff under Au,以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr 约 100_200A,Au 约 1000-2000A, 另，沉积技术选取自蒸镀、溅镀、无电镀等，本实施例以溅镀为例；在此，第二层光阻微结构 208较第一层光阻微结构204为宽且大，为避免气孔包覆于第二层金属微结构211内，因此， 在此先沉积第二种子层209，步骤27的制造过程如图6-g中所示的并进到步骤28。于步骤28，在第二层光阻微结构208图案凹洞内电镀所需的金属210结构，一般可电锻的金属 210 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alIoy>Ni-FealIoy>Ni-Co alloy、Sn-Pb 等，步骤28的制造过程如图6-h中所示的并进到步骤29。于步骤29，进行研磨加工以得到第二层金属微结构211，研磨加工将使得第二层光阻207与电镀金属210厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研磨、抛光等；另，光阻应采用具高机械强度的epoxy-base photoresist如MicroChem Su_8, 步骤29的制造过程如图6-i中所示的并进到步骤30。于步骤30，进行第三层光阻212批覆，以成形第三层光阻212，步骤30的制造过程如图6-j中所示的并进到步骤31。于步骤31，进行第三层光阻212的烘烤、曝光、显影，以成形所需的第三层光阻微结构215，在此，使用光罩214，步骤31的制造过程如图6-j中所示的并进到步骤32。于步骤32,在第三层光阻微结构215图案凹洞内电镀所需的金属216结构,一般可电锻的金属 216 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等， 步骤32的制造过程如图6-k中所示的并进到步骤33。
于步骤33，进行研磨加工以得到第三层金属微结构217，研磨加工将使得第三层光阻212与电镀金属216厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研磨、抛光等；另，光阻应采用具高机械强度的epoxy-base photoresist如MicroChem Su_8, 步骤33的制造过程如图6-1中所示的并进到步骤34。于步骤34，以溶剂或反应性离子蚀刻(未图示出)去除第一层光阻微结构204、第二层光阻微结构208、以及第三层光阻微结构215，用以释出包含第一层金属微结构206、第二层金属微结构211、以及第三层金属微结构217的立体的金属微结构218，步骤34的制造过程如图6-m中所示的，并进到步骤35。于步骤35,以蚀刻液(未图不出)移除未被第一层金属微结构204、第二层金属微结构208、以及第三层金属微结构215所覆盖的第一种子层部份219，以于基板上得到良好的金属微结构218，步骤35的制造过程如图6-n中所示的。图6-a至图6-n为示意图，用以显示说明图5中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形。图7为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的另一实施例的流程步骤。如图7中所示的，首先，于步骤41，选取一基板300，该基板为选取自硅基板、玻璃基板、陶瓷基板等；于该基板上沉积第一种子层301再批覆第一层光阻302，在此，该第一种子层301为电镀起始层，需要有良好的导电性及与基板300间的附着性，一般可选取自 Cr under Au, Ti under Au, Ti under Cu or Ti-ff under Au,以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr约100-200A, Au约1000-2000A,另，沉积的技术选取自蒸镀(evaporation)、派镀 (Sputtering)、无电镀(electroless)等,本实施例以派镀为例；批覆的光阻可依光阻特性所采用适宜的技术选取自 spin coating、spray coating、lamination、casting 等；光阻可为正型、如 Clariant AZ4620、TOK LA900、PMMA，以及，光阻可为负型如 JSR THB-126N、 MicroChem SU-8等，可依产品特性选择合适的光阻，因本发明的后续须进行研磨加工制造过程，因而，于本实施例，采用结构强度较高的epoxy-base photoresist/Su-8并以旋转涂布(spin coating)来批覆光阻，以有利于后续制造过程展开,步骤41的制造过程如图8_a 中所示的，并进到步骤42。于步骤42，进行第一层光阻302的烘烤，经烘烤后，将其中溶剂蒸发使第一层光阻302变硬，的后进行曝光、显影，在此，使用光罩303，以成形所需的第一层光阻微结构304图案；其中，烘烤方法有加热板直接加热、烘箱或红外线加热等，曝光方式有X-ray lithography、UV lithography、direct write e-beam等；本实施例以hot plate backing/ UV exposure为例，步骤42的制造过程如图8_b中所示的，于步骤42完成后，并进到步骤 43。于步骤43,在第一光阻层微结构304图案凹洞内电镀所需的金属305结构,一般可电锻的金属 305 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等， 步骤43的制造过程如图8-c中所示的，并进到步骤44。于步骤44，进行研磨加工以得到第一层金属微结构306，研磨加工将使得第一层光阻厚度302与电镀金属305厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研磨、抛光等；另，光阻应采用具高机械强度的epoxy-base photoresist如MicroChem Su-8，步骤44的制造过程如图8-d中所示的，并进到步骤45。
于步骤45，进行第 二层光阻307批覆，以成形第二层光阻307，步骤45的制造过程如图8-e中所示的，并进到步骤46。于步骤46，进行第二层光阻307的烘烤、曝光、显影，以成形所需的第二层光阻微结构308，在此，使用光罩313，步骤46的制造过程如图8_f中所示的，并进到步骤47。于步骤47，在第二层光阻微结构图案308凹洞内电镀所需的金属310结构，一般可电锻的金属 310 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等， 步骤47的制造过程如图8-g中所示的，并进到步骤48。于步骤48，进行研磨加工以得到第二层金属微结构311，研磨加工将使得第二层光阻307厚度与电镀金属310厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研磨、抛光等；另，光阻应采用具高机械强度的epoxy-base photoresist如MicroChem Su-8，步骤48的制造过程如图8-h中所示的，并进到步骤49。于步骤49，以溶剂或反应性离子蚀刻(未图示出)去除第一层光阻微结构304、 以及第二层光阻微结构308，用以释出包含第一层金属微结构306、以及第二层金属微结构 311的立体的金属微结构318，步骤49的制造过程如图8-i中所示的，并进到步骤50。于步骤50,以蚀刻液(未图不出)移除未被第一层金属微结构306、以及第二层金属微结构311所覆盖的第一种子层部份319 (如图8-i中所示的)，以于基板上得到良好的金属微结构318，步骤50的制造过程如图8-j中所示的。图8-a至图8-j为示意图，用以显示说明图7中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形。图9为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的再一实施例的流程步骤。如图9中所示的，首先，于步骤61，选取一基板400，该基板400为选取自硅基板、 玻璃基板、陶瓷基板等；于该基板400上沉积第一种子层401再批覆第一层光阻402，在此， 该第一种子层401为电镀起始层，需要有良好的导电性及与基板400间的附着性，一般可选取自 Cr under Au, Ti under Au, Ti under Cu or Ti-ff under Au，以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr约100-200A, Au约1000-2000A,另，沉积的技术选取自蒸镀(evaporation)、派镀 (Sputtering)、无电镀(electroless)等,本实施例以派镀为例；批覆的光阻可依光阻特性所采用适宜的技术选取自 spin coating、spray coating、lamination、casting 等；光阻可为正型、如 Clariant AZ4620、TOK LA900、PMMA，以及，光阻可为负型如 JSR THB-126N、 MicroChem SU-8等，可依产品特性选择合适的光阻，因本发明的后续须进行研磨加工制造过程，因而，于本实施例，采用结构强度较高的epoxy-base photoresist/Su-8并以旋转涂布(spin coating)来批覆光阻，以有利于后续制造过程展开，步骤61的制造过程如图10_a 中所示的，并进到步骤62。于步骤62，进行第一层光阻402的烘烤，经烘烤后，将其中溶剂蒸发使第一层光阻402变硬，之后进行曝光、显影，以成形所需的第一层光阻微结构404图案，在此，使用光罩403 ;其中，烘烤方法有加热板直接加热、烘箱或红外线加热等，曝光方式有X-ray lithography、UV lithography、direct write e-beam等；本实施例以hot plate backing/ UV exposure为例，步骤62的制造过程如图10_6中所示的，于步骤62完成后，并进到步骤 63。于步骤63,在第一层光阻微结构404图案凹洞内电镀所需的金属405结构,一般可电锻的金属 405 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等， 步骤63的制造过程如图 Ο-c中所示的，并进到步骤64。于步骤64，去除该第一层光阻402，步骤64的制造过程如图10_d中所示的，并进到步骤65。于步骤65，涂覆易溶解的硬质蜡或高分子聚合物以形成第一硬质层407，此第一硬质层407材料可承受研磨加工的机械力，可时又可改善光阻选择的限制，步骤65的制造过程如图ΙΟ-e中所示的，并进到步骤66。于步骤66，进行研磨加工以得到第一层金属微结构406，研磨加工将使得所涂覆的第一硬质层407与电镀金属405厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、 机械研磨、抛光等，步骤66的制造过程如图ΙΟ-f中所示的，并进到步骤67。于步骤67，进行第二层光阻408批覆，以成形第二层光阻408，步骤67的制造过程如图ΙΟ-g中所示的，并进到步骤68。于步骤68，进行第二层光阻408的烘烤、曝光、显影，以成形所需的第二层光阻微结构409，在此，使用光罩410，步骤68的制造过程如图ΙΟ-h中所示的，并进到步骤69。 于步骤69，在第二层光阻微结构409图案凹洞内电镀所需的金属411结构，一般可电锻的金属 411 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等， 步骤69的制造过程如图10-i中所示的，并进到步骤70。于步骤70，去除该第二层光阻408，步骤70的制造过程如图10_j中所示的，并进到步骤71。于步骤71，涂覆易溶解的硬质蜡或高分子聚合物以形成第二硬质层412，此第二硬质层412材料可承受研磨加工的机械力，可时又可改善光阻选择的限制，步骤71的制造过程如图10-k中所示的，并进到步骤72。于步骤72，进行研磨加工以得到第二层金属微结构413，研磨加工将使得所涂覆的第二硬质层412与电镀金属411厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、 机械研磨、抛光等，步骤72的制造过程如图10-1中所示的，并进到步骤73。于步骤73，以溶剂或反应性离子蚀刻(未图示出)去除第一硬质层407、以及第二硬质层412，用以释出包含第一层金属微结构406、以及第二层金属微结构413的立体的金属微结构414 ;且，以蚀刻液(未图示出)移除未被第一层金属微结构406、以及第二层金属微结构413所覆盖的第一种子层部份(未图示出)，以于基板上得到良好的金属微结构 414，步骤73的制造过程如图10-m中所示的。图10-a至图10-m为示意图，用以显示说明图9中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形。图11为一流程图，用以显示说明利用本发明的金属微结构方法的另一实施例的流程步骤。如图11中所示的，首先，于步骤81，选取一基板500并于该基板500上批覆第一层光阻501，该基板500为选取自硅基板、玻璃基板、陶瓷基板等；批覆技术可依光阻特性而采用适宜的技术选取自 spin coating、spray coating、lamination、casting 等； 光阻可为正型如Clariant AZ4620、TOK LA900、PMMA，以及，光阻可为负型如印oxy-base photoresist/Su-8、JSR THB-126N、MicroChem SU-8 等，可依产品特性选择合适的光阻，因本实施例的后续须进行研磨加工制造过程，因而，本实施例采用结构强度较高的epoxy-base photoresist/Su-8以旋转涂布方式来批覆光阻,如此,有利后续制造过程展开，步骤81的制造过程如第12-a图中所示的，并进到步骤82。于步骤82，进行第一层光阻501的烘烤，经烘烤后，将其中溶剂蒸发使第一层光阻 501变硬，其中，烘烤方法有加热板直接加热、烘箱或红外线加热等，在此，使用光罩502，本实施例以加热板直接加热为例，步骤82的制造过程如图12-b中所示的，并进到步骤83。于步骤83，进行第二层光阻503批覆，于批覆第二层光阻503后，再进行烘烤，步骤 83的制造过程如图12-c中所示的，并进到步骤84。于步骤84,进行第二层光阻的曝光，曝光方式有X-ray lithography> UV lithography、direct write e-beam 等，在此，使用光罩 504 ;本实施例以 UV exposure 为例，于步骤84完成后，步骤84的制造过程如图12-d中所示的，并进到步骤85。于步骤85，将该第一层光阻501、以及第二层光阻502予以显影后，用以成形所需的第一层光阻微结构505图案、以及第二层光阻微结构506图案；本实施例与图5中的实施例的最大不同在于，可选择高分辨率的化学放大型的正型或负型光阻(Chemical amplified positive/negative photoresist),此类光阻具有可多次批覆光阻一烘烤一曝光，之后为一次显影的特性，如MicroChem Su_8,因而,相较于图5中的实施例,本实施例可减少一些制作流程；于步骤85完成后，步骤85的制造过程如图12-e中所示的，并进到步骤 86。于步骤86，沉积种子层507，该种子层507为电镀起始层，需要有良好的导电性及与光阻及电镀金属间的附着性，一般可选取自Cr under Au, Ti under Au, Ti under Cu or Ti-ff under Au,以 Cr/Au or Ti/Au 为例，Cr 约 100-200A，Au 约 1000-2000A，步骤 86 的制造过程如图12-f中所示的，并进到步骤87。于步骤87,在第一层光阻微结构505图案与第二层光阻微结构506图案凹洞内电镀所需的金属508结构，一般可电镀的金属508可选取自Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy> Ni-Co alloy、Sn-Pb等,步骤87的制造过程如图12_g中所示的，并进到步骤88。于步骤88，进行研磨加工以得到第一层金属微结构509，研磨加工将使得第一层光阻501与第二层光阻502的总厚度与电镀金属508厚度一致，其中，研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研磨、抛光等；另，光阻应采用具高机械强度的epoxy-base photoresist如MicroChem Su_8,步骤88的制造过程如图12_h中所示的，并进到步骤89。于步骤89，再批覆第三层光阻510后，再进行烘烤，第三层光阻510经烘烤后，将其中溶剂蒸发使第三层光阻510变硬，之后进行曝光、显影，在此，使用光罩511，以成形所需的第三层光阻微结构512图案，步骤89的制造过程如图12-i中所示的，并进到步骤90。于步骤90，在第三层光阻微结构512图案凹洞内电镀所需的金属513结构，一般可电锻的金属 513 可选取自 Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、Sn-Pb 等； 进行研磨加工以得到第二层金属微结构514，研磨加工将使得第三层光阻510厚度与电镀金属513厚度一致,其中,研磨加工方式选取自机化学加工(CMP)、机械研磨、抛光等；另,光阻应采用具高机械强度的epoxy-base photoresist如MicroChem Su_8,步骤90的制造过程如图12-j中所示的，并进到步骤91。
于步骤91，步骤91的制造过程如图12-k中所示的，以溶剂或反应性离子蚀刻(未图不出)去除第一层光阻微结构505、第二层光阻微结构506、以及第三层光阻微结构512,用以释出包含第一层金属微结构509、以及第二层金属微结构514的立体的金属微结构 515,以于基板上得到良好的金属微结构515。
图12-a至图12_k为示意图，用以显示说明图11中的利用本发明的金属微结构方法的该实施例流程步骤的制造过程情形。综合以上的实施例，我们可得到本发明的一种金属微结构形成方法，是应用于微结构组件制造过程，利用本发明的金属微结构形成方法，于形成微结构组件的立体的金属微结构时，无须电镀第二种金属以围绕在金属外围、且无须蚀刻第二种金属，而可降低电镀所造成的残留应力、金属层间不会有残留应力，金属所附着的基板不致变形，而不致影响微结构组件后续制造过程进行，且，由于无须蚀刻第二种金属，因而，不会有蚀刻液渗入每层接口的问题，不会造成每层的附着力降低，而不致影响微结构组件的功能。本发明的金属微结构形成方法包含以下优点于形成微结构组件的立体金属微结构时，无须电镀第二种金属以围绕在金属外围、且无须蚀刻第二种金属。于形成微结构组件的立体金属微结构时，由于无须电镀第二种金属以围绕在金属外围，因而，可降低电镀所造成的残留应力、金属层间不会有残留应力，金属所附着的基板不致变形，而不致影响微结构组件后续制造过程进行。于形成微结构组件的立体金属微结构时，由于无须蚀刻第二种金属，因而，不会有蚀刻液渗入每层接口的问题，不会造成每层的附着力降低，而不致影响微结构组件的功能。以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
权利要求
1.一种金属微结构形成方法，为应用于微结构组件制造过程，其特征在于，该金属微结构形成方法包含以下步骤 选取一基板，于该基板上沉积第一种子层再批覆第一层光阻； 进行该第一层光阻烘烤，该第一层光阻经烘烤后，其中溶剂蒸发而变硬，之后进行曝光、显影，以成形所需的第一层光阻微结构图案； 在该第一层光阻微结构图案凹洞内电镀所需的金属结构； 进行研磨加工以得到第一层金属微结构，该研磨加工将使得第一层光阻与电镀金属厚度一致； 进行光阻批覆动作，再次进行光阻批覆，以成形第二层光阻； 进行该第二层光阻的烘烤、曝光、显影，以成形所需的第二层光阻微结构； 沉积第二种子层，该第二种子层为电镀起始层，具导电性及与该第二层光阻及该电镀金属间的附着性，在此，该第二层光阻微结构较该第一层光阻微结构为宽且大； 在该第二层光阻微结构图案凹洞内电镀所需的金属结构； 进行研磨加工以得到第二层金属微结构，研磨加工将使得该第二层光阻与该电镀金属厚度一致； 进行光阻批覆动作，再次进行光阻批覆，以成形第三层光阻； 进行第三层光阻的烘烤、曝光、显影，以成形所需的第三层光阻微结构； 在该第三层光阻微结构图案凹洞内电镀所需的金属结构； 进行研磨加工以得到第三层金属微结构，研磨加工将使得该第三层光阻与该电镀金属厚度一致； 以溶剂或以反应性离子蚀刻去除该第一层光阻微结构、该第二层光阻微结构、以及该第三层光阻微结构，用以释出包含该第一层金属微结构、该第二层金属微结构、以及该第三层金属微结构的金属微结构；以及 以蚀刻液移除未被该第一层金属微结构、该第二层金属微结构、以及该第三层金属微结构所覆盖的该第一种子层部份，以于该基板上得到该金属微结构。
2.如权利要求I所述的金属微结构形成方法，其特征在于，该第一种子层与该第二种子层选取自 Cr under Au、Ti under Au、Ti under Cu、或 Ti-W under Au。
3.如权利要求I所述的金属微结构形成方法，其特征在于，该沉积的技术选取自蒸镀、溅镀、或无电镀技术。
4.如权利要求I所述的金属微结构形成方法，其特征在于，该批覆光阻的技术选取自spin coating、spray coating、lamination、或 casting。
5.如权利要求I所述的金属微结构形成方法，其特征在于，该批覆光阻为负型。
6.如权利要求I所述的金属微结构形成方法，其特征在于，该烘烤的方式选取自加热板直接加热、烘箱、或红外线加热，该曝光的方式选取自X-ray lithography、UVlithography、或 direct write e-beam。
7.如权利要求I所述的金属微结构形成方法，其特征在于，该研磨加工的方式选取自机化学加工、机械研磨、抛光。
8.如权利要求I所述的金属微结构形成方法，其特征在于，该金属微结构选取自Au、Cu、Ni、Ni-Mn alloy、Ni-Fe alloy、Ni-Co alloy、或 Sn-Pb。
全文摘要
本发明公开了一种金属微结构形成方法，是应用于微结构组件制造过程，利用本发明的金属微结构形成方法，于形成微结构组件的立体金属微结构时，无须电镀第二种金属以围绕在金属外围、且无须蚀刻第二种金属，而可降低电镀所造成的残留应力、金属层间不会有残留应力，金属所附着的基板不致变形，而不致影响微结构组件后续制造过程进行，且，由于无须蚀刻第二种金属，因而，不会有蚀刻液渗入每层接口的问题，不会造成每层的附着力降低，而不致影响微结构组件的功能。
文档编号C25D5/02GK102621804SQ201210058118
公开日2012年8月1日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者王宏杰, 黄雅如 申请人:技鼎股份有限公司