專利名稱：一種提高微電鑄鑄層尺寸精度的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微制造技術領域，特別涉及微電鑄金屬模具的尺寸精度的控制 方法。
背景技術：
SU-8膠是一種近紫外光、環(huán)氧型負光刻膠，由于其光敏性較好，吸收系數 較小，而且能夠得到高深寬比和近乎垂直的側壁結構等優(yōu)點，在MEMS(微機電 系統(tǒng))領域得到廣泛的應用。采用SU-8膠作為膠模的微電鑄工藝，其鑄層尺寸精 度的影響因素包含微電鑄時SU-8膠的熱溶脹效應、紫外線曝光時的菲涅耳衍 射，以及掩膜版的加工精度，其中，SU-8膠的熱溶脹效應是主要因素，而且膠 模越厚，熱溶脹度越大，該效應也越明顯。
提高微電鑄鑄層尺寸精度的一般方法主要是設計掩膜版時，采用線寬補償， 彌補由于SU-8膠熱溶脹效應等因素導致的膠模微溝道線寬縮小，該方法主要適 用于SU-8薄膠、掩膜圖形規(guī)則且簡單的微電鑄工藝。但是對于SU-8厚膠、圖形 密集、復雜的微電鑄工藝，電鑄時，圖形四周SU-8膠模的體積比微電鑄層(密集 圖形區(qū)域)的大，該處膠模的熱溶脹效應顯著，熱溶脹度也大，導致圖形四周微 電鑄鑄層尺寸精度較低。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術難題是為了克服上述缺點，提供一種提高微電鑄鑄層 尺寸精度的新方法，即設計掩膜版時，在掩膜圖形四周增設封閉的隔離帶，并 保證隔離帶與掩膜圖形的間距一致，SU-8膠曝光顯影后得到的隔離溝道將圖形 四周原本自成一體的SU-8膠模分隔成相互獨立的兩部分，該方法減少了厚膠微電鑄時圖形四周SU-8膠模的體積，改善了該處膠模的熱溶脹性，也阻止了隔離 溝道外圍膠模的熱溶脹對鑄層尺寸的影響，提高了微電鑄鑄層的尺寸精度，適 于SU-8厚膠，掩膜圖形密集、復雜的微電鑄工藝。
本發(fā)明的技術方案是 一種提高微電鑄鑄層尺寸精度的方法，包括掩膜版 設計和模具制作工序，其特征是，針對SU-8厚膠、圖形密集、復雜的微電鑄工 藝，設計掩膜版時，在相對較窄的單個或多個相互獨立的掩膜圖形l四周增設一 條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間距的隔離帶2，隔離帶寬度 d3具體尺寸根據實際情況設計；模具制作工序中，具體工藝步驟如下
(1) 甩膠在鎳基底6上涂敷SU-8膠7。
(2) 曝光釆用紫外線9曝光和套刻工藝，實現(xiàn)掩膜版8的圖形轉移。
(3) 顯影采用SU-8膠顯影液顯影，得到包含圖形溝道a的微電鑄母模和隔離 溝道b。
(4) 密封將顯影后的隔離溝道b均勻灌以填充物并封嚴，形成封閉的填充物 隔離帶IO，這樣在微電鑄時，該隔離帶可以有效阻止口字形膠模5的熱溶脹對微 電鑄鑄層尺寸的影響，從而保證了叉指狀膠模4不同位置的熱溶脹度趨于一致， 提高了鑄層的尺寸精度。
(5) 微電鑄鎳的微電鑄就是在微電鑄母模的圖形溝道a中實現(xiàn)鎳鑄層ll的電 沉積。
(6) 去膠采用SU-8膠去膠液去除SU-8膠。
所述的提高微電鑄鑄層尺寸精度的方法，針對掩膜圖形相對較窄并呈環(huán)形 結構的微電鑄，在掩膜圖形外圍增設一條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等 間距或不等間距的外隔離帶；掩膜圖形中間增設一條或多條相對較寬、封閉或 不封閉且等間距或不等間距的環(huán)形內隔離帶，或者增設圓形內隔離帶。針對掩膜圖形相對較窄并呈其他形式且中空結構的微電鑄，在掩膜圖形外圍和中間對 應增設與圖形相適應的一條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間 距的外隔離帶和內隔離帶。
本發(fā)明的顯著效果是克服一般的通過采用線寬補償提高微電鑄鑄層尺寸 精度方法的缺點，有效減少了掩膜圖形密集、復雜，SU-8厚膠微電鑄時圖形四 周SU-8膠模的體積，改善了該處膠模的熱溶脹性，也阻止了隔離溝道外圍膠模 的熱溶脹對鑄層尺寸的影響，提高了微電鑄鑄層的尺寸精度。
圖l是本發(fā)明的增設封閉隔離帶的掩膜版示意圖，a圖中l(wèi)-掩膜圖形，2-口字形隔離帶，3-玻璃，dl-溝道寬度，d2-溝道肋寬，d3-隔離帶寬度，d4-隔離 帶與掩膜圖形的間距；b圖中l(wèi)-掩膜圖形，2-口字形隔離帶，3，玻璃。
圖2是顯影后的SU-8膠模示意圖，a圖中a-圖形溝道，b-隔離溝道，4-叉指 狀膠模，5-口字形膠模，6-鎳基底，7-SU-8膠；b圖中a-圖形溝道，b-隔離溝道， 6-鎳基底，7-SU-8膠。
圖3是本發(fā)明的基于UV-LIGA(紫外線深層光刻、電鑄成型、微復制)技術的 鎳模具制作流程示意圖，圖中a-圖形溝道，b-隔離溝道，6-鎳基底，7-SU-8膠， 8-掩膜版，9-紫外線，10-填充物隔離帶，11-鎳鑄層。
圖4是本發(fā)明的應用實例，圖中12-環(huán)形掩膜圖形，13-環(huán)形外隔離帶，14-環(huán)形內隔離帶。 '
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。 一種提高微電 鑄鑄層尺寸精度的方法，包括掩膜版設計、模具制作步驟。針對SU-8厚膠(250^n厚)光刻、掩膜圖形密集、復雜的微流控芯片模具的微電鑄工藝，設計掩膜版時，
在相對較窄的掩膜圖形l四周增設一條相對較寬、封閉等間距的隔離帶2，而且 隔離帶和掩膜圖形之間的間距d4與圖形溝道的肋寬d2相等，保證微電鑄時，圖 形溝道兩側的SU-8膠模熱溶脹度趨于一致。模具制作工序中，SU-8膠曝光顯影 后得到的隔離溝道b灌以填充物并封嚴，形成封閉的填充物隔離帶IO。
附圖l為本發(fā)明增設封閉隔離帶的掩膜版示意圖，在玻璃3上濺射鉻，利用 光刻工藝制作含有掩膜圖形l的鉻板掩膜版，相對較窄的溝道寬度dl、肋寬d2設 計值均為20Qam， SU-8膠厚設計值為250/zm。若不加隔離帶2，顯影后得到與掩 膜圖形l互補且自成一體的SU-8膠模，其中間是叉指狀膠模，其余為口字形膠模， 由于微電鑄時SU-8膠存在熱溶脹效應，口字形膠模的體積比叉指狀膠模的體積 大，熱溶脹效應更明顯，而且250/mi的厚膠，該效應也更顯著，導致微電鑄鑄層 溝道拐彎處和出入口直溝道線寬尺寸顯著縮小。
設計掩膜版時，在掩膜圖形四周增設一條相對較寬、封閉且等間距的隔離 帶2，隔離帶寬度d3為2mm，隔離帶與掩膜圖形l的間距d4處處相等，均為200/rni， 和溝道肋寬d2—致。顯影后，得到圖形溝道a、隔離溝道b，以及與圖形溝道掩 膜圖形和隔離帶互補且相互獨立的叉指狀膠模4和口字形膠模5，如圖2所示，并 將隔離溝道均勻灌以填充物封嚴，形成封閉的填充物隔離帶IO。微電鑄時，口 字形膠模比叉指狀膠模體積大，熱溶脹效應也明顯，但填充物隔離帶的存在， 阻止了前者的熱溶脹對微電鑄鑄層尺寸的影響，從而保證了后者不同位置的熱 溶脹度趨于一致，提高了鑄層的尺寸精度。
圖3是本發(fā)明的基于UV-LIGA技術的鎳模具制作流程示意圖，在研磨、拋光 后的鎳基底板l(63mmx63mm)上電鑄微流控芯片鎳模具，具體工藝步驟如下
(1)在鎳基底6上SU-8膠7; (2沐用紫外線9曝光和套刻工藝，實現(xiàn)掩膜版8(如圖l)的圖形轉移；(3)采用SU-8膠顯影液顯影，得到包含圖形溝道a的微電鑄母模 和隔離溝道b; (4)將顯影后的隔離溝道b均勻灌以填充物封嚴，形成一條封閉的 填充物隔離帶IO，微電鑄時，該隔離帶有效阻止了口字形膠模5的熱溶脹對微電 鑄鑄層尺寸的影響，從而保證了叉指狀膠模4不同位置的熱溶脹度趨于一致，提 高了鑄層的尺寸精度；(5)微電鑄，即在微電鑄母模的圖形溝道a中實現(xiàn)鎳鑄層ll 的電沉積；(6)采用SU-8膠去膠液去除SU-8膠。
圖4是本發(fā)明的應用實例，針對掩膜圖形相對較窄并呈環(huán)形結構的微電鑄， 在掩膜圖形外圍增設一條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間距 的外隔離帶；掩膜圖形中間增設一條或多條、相對較寬、封閉或不封閉且等間 距或不等間距的環(huán)形內隔離帶，或者增設圓形內隔離帶。如圖4中的環(huán)形掩膜圖 形12,在其外圍增設三條相對較寬且封閉等間距的環(huán)形外隔離帶13，中間增設 一條相對較寬且封閉等間距的環(huán)形內隔離帶14。
采用本發(fā)明提出的利用增設隔離帶的掩膜版制作基于SU-8厚膠光刻工藝、 圖形密集、復雜的微電鑄鎳模具的方法，能夠有效減少SU-8厚膠微電鑄時圖形 四周膠模的體積，改善了該處膠模的熱溶脹性，也阻止了隔離溝道外圍膠模的 熱溶脹對鑄層尺寸的影響，提高了微電鑄鑄層的尺寸精度。該方法適于厚膠、 掩膜圖形密集、復雜而且微電鑄母模熱溶脹效應顯著的微電鑄工藝，也適于薄 膠、掩膜圖形簡單、規(guī)則而且微電鑄母模熱溶脹效應顯著的微電鑄工藝。
權利要求
1、一種提高微電鑄鑄層尺寸精度的方法，包括掩膜版設計和模具制作工序，其特征是，針對SU-8厚膠、圖形密集、復雜的微電鑄工藝，設計掩膜版時，在相對較窄的單個或多個相互獨立的掩膜圖形(1)四周增設一條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間距的隔離帶(2)，隔離帶寬度d3具體尺寸根據實際情況設計；模具制作工序中，具體工藝步驟如下(1)甩膠在鎳基底(6)上涂敷SU-8膠(7)；(2)曝光采用紫外線(9)曝光和套刻工藝，實現(xiàn)掩膜版(8)的圖形轉移；(3)顯影采用SU-8膠顯影液顯影，得到包含圖形溝道(a)的微電鑄母模和隔離溝道(b)；(4)密封將顯影后的隔離溝道(b)均勻灌以填充物并封嚴，形成封閉的填充物隔離帶(10)，這樣在微電鑄時，該隔離帶可以有效阻止口字形膠模(5)的熱溶脹對微電鑄鑄層尺寸的影響，從而保證了叉指狀膠膜(4)不同位置的熱溶脹度趨于一致，提高了鑄層的尺寸精度；(5)微電鑄鎳的微電鑄就是在微電鑄母模的圖形溝道(a)中實現(xiàn)鎳鑄層(12)的電沉積；(6)去膠采用SU-8膠去膠液去除SU-8膠。
2、 根據權利要求l所述的提高微電鑄鑄層尺寸精度的方法，其特征在于，針對 掩膜圖形相對較窄并呈環(huán)形結構的微電鑄，在掩膜圖形外圍增設一條或多條相 對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間距的外隔離帶；掩膜圖形中間增設一 條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間距的環(huán)形內隔離帶，或者 增設圓形內隔離帶；針對掩膜圖形相對較窄并呈其他形式且中空結構的微電鑄， 在掩膜圖形外圍和中間對應增設與圖形相適應的一條或多條相對較寬、封閉或 不封閉且等間距或不等間距的外隔離帶和內隔離帶。
全文摘要
本發(fā)明一種提高微電鑄鑄層尺寸精度的方法，屬于微制造技術領域，特別涉及微電鑄金屬模具的尺寸精度的控制方法。該方法包括掩膜版設計和模具制作工序，針對SU-8厚膠、圖形密集、復雜的微電鑄工藝，設計掩膜版時，在相對較窄的單個或多個相互獨立的掩膜圖形四周增設一條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間距的隔離帶，隔離帶寬度的具體尺寸根據實際情況設計。針對掩膜圖形相對較窄并呈中空結構的微電鑄，在掩膜圖形外圍和中間對應增設一條或多條相對較寬、封閉或不封閉且等間距或不等間距的外隔離帶和內隔離帶。本方法改善了膠模的熱溶脹性，阻止了隔離帶外圍膠模的熱溶脹對鑄層尺寸的影響，從而提高了微電鑄鎳鑄層的尺寸精度。
文檔編號B81C1/00GK101413138SQ20081001332
公開日2009年4月22日 申請日期2008年9月20日 優(yōu)先權日2008年9月20日
發(fā)明者沖 劉, 劉軍山, 施維枝, 李苗苗, 杜立群, 梁軍生 申請人:大連理工大學