專利名稱：微電子機械系統用微構件的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種微電子機械系統用微構件的制備方法。
背景技術：
微電子機械系統是微電子技術與機械，光學領域結合而產生的，是20世紀90年代初興起的新技術，是微電子技術應用的又一次革命性試驗。微電子機械系統很有希望在許多工業領域，包括信息和通訊技術，汽車，測量工具，生物醫學，電子等方面成為關鍵器件。制造微電子機械系統的加工技術主要有三種，第一種是以美國為代表的利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對硅材料進行加工，形成硅基微電子機械系統器件；第二種是以日本為代表的利用傳統機械加工手段，即利用大機器造出小機器，再利用小機器造出微機器的方法；第三種是以德國為代表的LIGA(德文Lithographie-光刻，Galvanoformung-電鑄的Abformung-塑鑄三個詞的縮寫)技術，它是利用X射線光刻技術，通過電鑄成型和塑鑄形成深層微結構的方法，其中硅加工技術與傳統的IC工藝兼容，可以實現微機械和微電子的系統集成，而且該方法適合于批量生產，已經成為目前微電子機械系統的主流技術。但由于該技術需要高能量的同步輻射X射線進行光刻，設備投資高，還不能更廣泛地采用這種技術。為了開拓微機械三維刻蝕技術，如能采用與LIGA技術近似的成果，將會大大地推動微機械研究工作。
發明內容
本發明提供一種能夠進一步簡化了工藝、節約成本且適于產業化的微電子機械系統用微構件的制備方法。
本發明采用如下技術方案一種微電子機械系統用微構件的制備方法先清洗器件襯底，在本底真空度≥5.0E-3，工作氣壓0.1～10Pa，濺射功率20～200W，靶極距5～20厘米，時間5～50分鐘條件下，在器件襯底上濺射鎳、鋁或者活性比鎳更活潑的金屬，作為化學鑄催化底層，在化學鑄催化底層的表面涂覆一層負性光刻膠，并根據待制作的器件微模結構，通過光刻形成器件微模結構的負版光刻膠圖形，然后，將其置于化學鑄溶液中，在溫度80～90℃，pH值4.0～5.2的條件下，進行化學鑄鎳，上述化學鑄溶液包括可溶性鎳鹽，次磷酸鈉，醋酸鈉和水，可溶性鎳鹽與次磷酸鈉的摩爾比為0.20～1.5∶1，醋酸鈉與可溶性鎳鹽的摩爾比為0.10～1.60∶1，水和可溶性鎳鹽的摩爾比為200～700∶1；最后，去除化學鑄催化底層表面上的負性光刻膠，得到微器件。
與現有技術相比，本發明具有如下優點本發明采用光刻技術可方便地在器件襯底上制作任意幾何形狀的尺寸在微米量級的微電子機械系統用微結構，適用面廣。本發明所用的器件襯底只要求表面光潔，易于將微構件剝離，采用常用的載玻片、硅片或光滑的金屬表面均可。本發明采用化學鑄取代電鑄，使工藝更加簡單、降低了對設備的要求，無需外加電源，降低了成本，同時鑄件更加均勻，尺寸精度高，不存在邊緣效應。本發明工藝簡單，對工藝條件要求比較寬松，微構件制作成品率高。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明微電子機械系統用微構件制作過程做進一步的具體說明實施例1.微十字形的制作1)微電子機械光刻膠圖形的制作在本底真空度為7.0E-3，工作氣壓5Pa，濺射功率110W，靶極距14厘米，時間26分鐘條件下，在硅基片上采用磁控濺射法濺射一層金屬襯底(襯底材料可選用鐵、鎳等)，本實施例選用鐵襯底，襯底厚度在30-100nm之間；然后用去離子水洗滌干凈，甩一定厚度的負性光刻膠；以十字形圖形的鉻板為掩膜，使用400nm波長的紫外光為曝光光源，曝光時間45s。本實施例采用濕法顯影，顯影液為中日合資蘇州瑞紅電子化學品有限公司生產的RFX-2277負膠顯影液，顯影后，在定影液中進行定影，定影液為分析純級的乙酸乙酯，然后用去離子水洗滌干凈，即可在基片上得到負版光刻膠圖形。
2)微十字形構件的制作①配置化學鑄溶液，將光刻后有負版光刻膠圖形的基片放入化學鑄液中進行化學鑄。
化學鑄液配方成分濃度(Mol/L)硫酸鎳 0.05～0.2次磷酸鈉0.1～0.5醋酸鈉 0.05～0.15檸檬酸鈉0.01～0.5化學鑄條件PH 4.0-5.2之間的任意數溫度 80-90℃之間的任意溫度當鍍層達到要求的厚度后取出。
②將化學鑄后的基片用去離子水洗滌干凈，并去除光刻膠，即得到了所要求的十字形微構件。
實施例2.微齒輪鎳構件的制作1)微電子機械光刻膠圖形的制作在本底真空度為6.0E-3，工作氣壓10Pa，濺射功率200W，靶極距20厘米，時間50分鐘條件下，在硅基片上采用磁控濺射法濺射一層金屬鎳襯底，襯底厚度在30-100nm之間；然后用去離子水洗滌干凈；用負性光刻膠，以微齒輪圖形的鉻板為掩膜，使用400nm波長的紫外光為曝光光源，曝光時間90s。本實施例采用濕法顯影，顯影液為中日合資蘇州瑞紅電子化學品有限公司生產的RFX-2277負膠顯影液，顯影后，在定影液中進行定影，定影液為分析純級的乙酸乙酯，然后用去離子水洗滌干凈，即可在基片上得到負版光刻膠圖形。
2)微齒輪構件的制作①配置化學鑄溶液，將光刻后有負版光刻膠圖形的基片放入化學鑄液中進行化學鑄。
化學鑄液配方成分 濃度(Mol/L)氯化鎳0.05～0.2次磷酸鈉 0.1～0.5醋酸鈉0.05～0.15檸檬酸鈉 0.01～0.5化學鑄條件PH 4.0-5.2之間的任意數溫度 80-90℃之間的任意溫度當鍍層達到要求的厚度后取出。
②將化學鑄后的基片用去離子水洗滌干凈，并去除光刻膠，即得到了所要求的微齒輪構件。
實施例3.微齒輪形金屬構件的制作1)微電子機械光刻膠圖形的制作在本底真空度≥5.0E-3，工作氣壓0.1Pa，濺射功率20W，靶極距5厘米，時間5分鐘條件下，在硅基片上采用磁控濺射法濺射一層金屬襯底(襯底材料可選用鐵、鎳等)，本實施例選用鐵襯底，襯底厚度在30-100nm之間；然后用去離子水洗滌干凈，用負性光刻膠；以齒輪形圖形的鉻板為掩膜，使用400nm波長的紫外光為曝光光源，曝光時間60s。本實施例采用濕法顯影，顯影后，在定影液中進行定影，然后用去離子水洗滌干凈，即可在基片上得到負版光刻膠圖形。
1)微齒輪形構件的制作①配置化學鑄溶液，將光刻后有負版光刻膠圖形的基片放入化學鑄液中進行化學鑄。
化學鑄液配方成分濃度(Mol/L)可溶性鍍層金屬鹽0.02～0.2次磷酸鈉0.1～0.5
檸檬酸鈉0.01～1.5添加劑(醋酸鈉、丙酸、硫酸銨)0.05～0.5化學鑄條件PH4.0-9.0之間的任意數溫度 80-100℃之間的任意溫度當鍍層達到要求的厚度后取出。
②將化學鑄后的基片用去離子水洗滌干凈，并去除光刻膠，即得到了所要求的齒輪形微構件。
實施例4.
一種微電子機械系統用微構件的制備方法是先清洗器件襯底，在本底真空度≥5.0E-3，工作氣壓0.1～10Pa，濺射功率20～200W，靶極距5～20厘米，時間5～50分鐘條件下，在器件襯底上濺射鎳、鋁或者活性比鎳更活潑的金屬，作為化學鑄催化底層，在化學鑄催化底層的表面涂覆一層負性光刻膠，并根據待制作的器件微模結構，通過光刻形成器件微模結構的負版光刻膠圖形，然后，將其置于化學鑄溶液中，在溫度80～90℃，pH值4.0～5.2的條件下，進行化學鑄鎳，例如可在溫度80℃，pH值4.0的條件下，或者在溫度90℃，pH值5.2的條件下進行化學鑄鎳，上述化學鑄溶液包括可溶性鎳鹽，次磷酸鈉，醋酸鈉和水，可溶性鎳鹽與次磷酸鈉的摩爾比為0.20～1.5∶1，醋酸鈉與可溶性鎳鹽的摩爾比為0.10～1.60∶1，水和可溶性鎳鹽的摩爾比為200～700∶1，在本實施例中，可溶性鎳鹽與次磷酸鈉的摩爾比為0.20∶1，醋酸鈉與可溶性鎳鹽的摩爾比為0.10∶1，水和可溶性鎳鹽的摩爾比為200∶1，或者，可溶性鎳鹽與次磷酸鈉的摩爾比為1.5∶1，醋酸鈉與可溶性鎳鹽的摩爾比為1.60∶1，水和可溶性鎳鹽的摩爾比為700∶1，；最后，去除化學鑄催化底層表面上的負性光刻膠，得到微器件。在上述光刻工藝中使用的光刻膠是對紫外線敏感的負性光敏膠或正性光敏膠；清洗工藝為丙酮超聲波清洗，然后用自制的清洗液在水浴加熱80℃條件下清洗20～30分鐘；清洗液組分為水、雙氧水和鹽酸，雙氧水與水的摩爾比為0.1～0.2∶1，鹽酸與水的摩爾比為0.02～0.04∶1。
權利要求
1.一種微電子機械系統用微構件的制備方法，其特征在于先清洗器件襯底，在本底真空度≥5.0E-3，工作氣壓0.1～10Pa，濺射功率20～200W，靶極距5～20厘米，時間5～50分鐘條件下，在器件襯底上濺射鎳、鋁或者活性比鎳更活潑的金屬，作為化學鑄催化底層，在化學鑄催化底層的表面涂覆一層負性光刻膠，并根據待制作的器件微模結構，通過光刻形成器件微模結構的負版光刻膠圖形，然后，將其置于化學鑄溶液中，在溫度80～90℃，pH值4.0～5.2的條件下，進行化學鑄鎳，上述化學鑄溶液包括可溶性鎳鹽，次磷酸鈉，醋酸鈉和水，可溶性鎳鹽與次磷酸鈉的摩爾比為0.20～1.5∶1，醋酸鈉與可溶性鎳鹽的摩爾比為0.10～1.60∶1，水和可溶性鎳鹽的摩爾比為200～700∶1；最后，去除化學鑄催化底層表面上的負性光刻膠，得到微器件。
2.根據權利要求1所述的微電子機械系統用微構件的制備方法，其特征在于在光刻工藝中使用的光刻膠是對紫外線敏感的負性光敏膠或正性光敏膠。
3.根據權利要求1或2所述的微電子機械系統用微構件的制備方法，其特征在于清洗工藝為丙酮超聲波清洗，然后用自制的清洗液在水浴加熱80℃條件下清洗20～30分鐘；清洗液組分為水、雙氧水和鹽酸，雙氧水與水的摩爾比為0.1～0.2∶1，鹽酸與水的摩爾比為0.02～0.04∶1。
全文摘要
本發明公開了一種微電子機械系統用微構件的制備方法先清洗器件襯底，然后，將其置于化學鑄溶液中，進行化學鑄鎳，最后，去除化學鑄催化底層表面上的負性光刻膠，得到微器件；本發明具有適用面廣，所用的器件襯底只要求表面光潔，易于將微構件剝離，采用常用的載玻片、硅片或光滑的金屬表面均可，采用化學鑄取代電鑄，使工藝更加簡單、降低了對設備的要求，無需外加電源，降低了成本，同時鑄件更加均勻，尺寸精度高，不存在邊緣效應。本發明工藝簡單，對工藝條件要求比較寬松，微構件制作成品率高。
文檔編號B81C1/00GK1663906SQ200510038439
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者蔣建清, 楊長勇, 于金, 董巖, 方峰 申請人:東南大學