一種金屬微結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬微結(jié)構(gòu)及其制作方法，其中方法首先在一平整的基片的表面涂覆一層光刻膠，并對光刻膠進行曝光、顯影，以在基片的表面形成光刻膠圖形，然后令基片發(fā)生形變，以使得所述光刻膠圖形隨所述基片一同發(fā)生形變，接著在基片表面上的非光刻膠圖形處，進行金屬鍍膜，最后去除光刻膠和基片，得到金屬微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實現(xiàn)了具有不同軸線方向通孔的金屬微結(jié)構(gòu)，其在光學(xué)成像領(lǐng)域有重要應(yīng)用價值。
【專利說明】
一種金屬微結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微細加工、鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬微結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻技術(shù)是指在光照作用下，借助光致刻蝕劑(又名光刻膠)將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到基片上的技術(shù)。其主要過程為:首先紫外光通過掩膜版照射到附有一層光刻膠薄膜的基片表面，引起曝光區(qū)域的光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng);再通過顯影技術(shù)溶解去除曝光區(qū)域或未曝光區(qū)域的光刻膠(前者稱正性光刻膠，后者稱負性光刻膠)，使掩膜版上的圖形被復(fù)制到光刻膠薄膜上;最后利用刻蝕技術(shù)或鍍膜技術(shù)將圖形轉(zhuǎn)移到基片上。
[0003]傳統(tǒng)的光刻工藝所針對的光刻膠厚度多為亞微米、微米、十微米量級，而圖形平面內(nèi)尺寸大多遠大于厚度尺寸，因此工藝重在關(guān)注原始圖形轉(zhuǎn)移的精度，即圖形在二維平面內(nèi)的橫截面的線寬尺寸的精度。當(dāng)需要制備高度或深度大于或遠大于圖形平面內(nèi)尺寸時，即微結(jié)構(gòu)局部高寬比或深寬比很大時，往往用到準(zhǔn)LIGA技術(shù)或LIGA技術(shù)。
[0004]LIGA工藝包括X光深度光刻、電鑄制模和注模復(fù)制三個步驟。首先在載有設(shè)計圖案的掩膜版的遮蔽下對導(dǎo)電襯底上的光刻膠進行X光曝光，顯影后得到與掩膜圖案相對應(yīng)的光刻膠的微結(jié)構(gòu)圖案;對其進行電鑄，并利用溶劑去除光刻膠后得到金屬模具;利用此金屬模具，進行塑料等材料的灌注成型，脫模后得到塑料制品。LIGA技術(shù)制備出的產(chǎn)品一個顯著特點是含有大高寬比(或大深寬比或大長徑比)的局部特征，比如深度I毫米、直徑20微米(即深寬比為50)的圓孔陣列。這是通常MEMS工藝所無法實現(xiàn)的。標(biāo)準(zhǔn)的LIGA技術(shù)是使用X光作為曝光光源，但是由于成本較高，也發(fā)展出其他的所謂準(zhǔn)LIGA技術(shù)，如UV-LIGA，即使用普通紫外光源來代替X光實現(xiàn)對厚膠的曝光。準(zhǔn)LIGA技術(shù)方向也是指向?qū)崿F(xiàn)具有大高寬比局部特征的微結(jié)構(gòu)。
[0005]具有大高寬比局部特征的微結(jié)構(gòu)在許多領(lǐng)域都可以應(yīng)用，目前在天文領(lǐng)域應(yīng)用較為迫切。微孔光學(xué)(Micro Pore Optics)是一種利用大深寬比方孔的側(cè)壁對X光進行反射而實現(xiàn)對X光聚焦成像的光學(xué)器件，用于衛(wèi)星裝載的天文望遠鏡。所需的聚焦鏡片需要所有的通孔軸線方向指向同一個球心。即使利用微加工工藝能夠制備出孔尺寸達標(biāo)的鏡片，也因為后期對平片進行球面彎曲處理的工藝過于復(fù)雜而不能得到應(yīng)用。
[0006]想要獲得上述結(jié)構(gòu)，要求制備出同一基片上含有具有不同軸線方向的通孔的金屬微結(jié)構(gòu)。使用微加工的傳統(tǒng)工藝不能解決這個問題。當(dāng)曝光、顯影工藝結(jié)束后，傳統(tǒng)工序?qū)⑦M行刻蝕或鍍膜。因為曝光過程中光線垂直照射基片上的光刻膠，所以顯影后光刻膠圖形的微結(jié)構(gòu)側(cè)壁近似垂直于基片，所以經(jīng)刻蝕或鍍膜后所形成的微結(jié)構(gòu)側(cè)壁也是近似垂直于基片。單次的光刻工藝不能任意改變垂直于基片方向上的構(gòu)型。即使曝光時將基片連同掩模一起與光源的光線方向成一個角度，也只能獲得同一基片上具有相同軸線方向的通孔的光刻膠結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一)要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬微結(jié)構(gòu)及其制作方法，實現(xiàn)了具有不同軸線方向通孔的金屬微結(jié)構(gòu)。
[0009](二)技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明提供一種金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，包括:
[0011]SI，在一平整的基片的表面涂覆一層光刻膠，基片在外力作用下可發(fā)生形變；
[0012]S2，對光刻膠進行曝光、顯影，以在基片的表面形成光刻膠圖形；
[0013]S3，令基片發(fā)生形變，以使得所述光刻膠圖形隨所述基片一同發(fā)生形變；
[0014]S4，在基片表面上的非光刻膠圖形處，進行金屬鍍膜；
[0015]S5，去除光刻膠和所述基片，得到金屬微結(jié)構(gòu)。
[0016]進一步，步驟SI中，光刻膠的厚度大于0.2mm。
[0017]進一步，步驟S3中，通過將基片按壓在具有面形的模具上，以使基片發(fā)生形變。
[0018]進一步，基片為非金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中:步驟S3中，先在基片和模具中間放置一層導(dǎo)電層，再將基片按壓在具有面形的模具上，以使導(dǎo)電層與基片一同發(fā)生形變;步驟S4中，在導(dǎo)電層上以電鍍方式進行金屬鍍膜。
[0019]進一步，基片為非金屬薄片，其中:步驟S4中，先在非金屬薄片上制作一層導(dǎo)電層，再在導(dǎo)電層上以電鍍方式進行金屬鍍膜。
[0020]進一步，基片為金屬薄片或金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中:步驟S4中，在金屬薄片或金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上以電鍍方式進行金屬鍍膜。
[0021 ]進一步，步驟S5中，使用有機除膠劑或氧化性強酸去除光刻膠。
[0022]進一步，步驟S5中，采用酸腐蝕、堿腐蝕或機械打磨的方法去除基片。
[0023]進一步，光刻膠圖形為正方形陣列。
[0024]本發(fā)明還提供一種金屬微結(jié)構(gòu)，其具有平行的上、下兩個曲面，其中，上、下兩個曲面之間形成有至少一個通孔，并且，通孔與上、下兩個曲面垂直。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明對在可彎曲基片上的光刻膠進行曝光、顯影，將得到的光刻膠圖形連同基片進行彎曲，獲得具有形變的光刻膠圖形，進而進行金屬鍍膜工藝，最后進行膠去除工藝，得到具有不同軸線方向通孔的金屬微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的金屬結(jié)構(gòu)在光學(xué)成像領(lǐng)域有重要應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明提供的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖。
[0028]圖2是本發(fā)明實施例提供的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法的工藝流程圖。
[0029]圖3是本發(fā)明實施例制得的金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0031]下面首先介紹本發(fā)明的實現(xiàn)原理，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)一種金屬微結(jié)構(gòu)，尤其是針對具有不同軸線方向通孔的金屬微結(jié)構(gòu)，其原理如下:當(dāng)不使用本發(fā)明的方法時，對于經(jīng)過曝光并顯影后得到的光刻膠結(jié)構(gòu)，其通孔側(cè)壁近似垂直于基片表面，原因是曝光的光線入射方向通常垂直于基片表面。即使有意使曝光的光線入射方向與基片表面成一定的角度，也只能得到具有相同軸線方向的通孔。利用本發(fā)明，通過對在可彎曲基片上的光刻膠薄膜進行傳統(tǒng)的曝光、顯影，將得到的光刻膠連同基片進行彎曲，獲得預(yù)期的有形變的光刻膠圖形，進而進行鍍膜工藝，最后進行膠去除工藝，得到同一基片上含有具有不同軸線方向的通孔局部特征的金屬微結(jié)構(gòu)。其關(guān)鍵點在于鍍膜前的基片彎曲過程，要根據(jù)需要，預(yù)先設(shè)計模具來幫助完成彎曲過程，從而實現(xiàn)所需的基片的面形。基片無論發(fā)生彈性形變或塑性形變都可以，只要鍍膜完成后，在保持所鍍薄膜和光刻膠結(jié)構(gòu)的當(dāng)前彎曲形狀下進行基片去除即可，否則，發(fā)生彈性形變的基片在不受約束力的情況下，可能恢復(fù)到平直形狀從而破壞已經(jīng)沉積好的薄膜和光刻膠結(jié)構(gòu)。
[0032]圖1是本發(fā)明提供的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖，如圖1所示，方法包括以下步驟:
[0033]S1:在可彎曲的基片表面涂覆一層光刻I父;其中，步驟SI中所述可彎曲的基片，基片的彎曲為彈性形變或塑性形變均可;基片未彎曲前可以是薄片實體，也可以是具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄片;基片表面是否導(dǎo)電均可。例如:基片選取為不銹鋼過濾網(wǎng)。在涂覆光刻膠時，可以是用傳統(tǒng)方法在基片上通過旋涂、灘涂等方法涂覆光刻膠，也可是將基片通過粘連、熱壓等方法與固態(tài)光刻膠相連接。例如:把固體薄片PMMA正性光刻膠與不銹鋼過濾網(wǎng)通過加溫?zé)釅旱姆椒ɑハ噙B接。
[0034]S2:對光刻膠進行曝光、顯影，獲得光刻膠圖形;例如，使用X射線曝光技術(shù)，對上述通過熱壓的方法壓在不銹鋼過濾網(wǎng)上的固體薄片PMMA光刻膠進行曝光、顯影，獲得PMMA光刻膠柱陣列，其陣列單元為橫截面為正方形的長方體，橫截面尺寸為50 X 50μπι2，高度為200μπι，任一組相鄰單元的間距為30μπι，陣列為100 X 100周期。
[0035]S3:將基片連同光刻膠圖形一起進行彎曲處理，獲得具有一定面形的基片，上面有隨之形變的光刻膠圖形;根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，可以將基片壓在其他具有一定面形的模具上。例如，將基片放在球面表面，在基片表面的邊緣施加壓力，使得原本為平面的基片變得彎曲，形成近似球面的面形。光刻膠結(jié)構(gòu)中除膠體本身變形外，孔結(jié)構(gòu)也和膠體一樣變形。例如，變形前截面為長方形的通孔，經(jīng)基片球面變形后，通孔變形為截面為梯形的通孔。
[0036]S4:在基片表面上的非光刻膠圖形處，進行金屬鍍膜;如果鍍膜工藝為熱蒸發(fā)、濺射等，薄膜直接沉積在基底上;如果鍍膜工藝為電鍍，按以下方案進行鍍膜:
[0037]方案I，當(dāng)基片導(dǎo)電時，以基片為導(dǎo)電籽層進行電鍍，例如，上述的不銹鋼過濾網(wǎng)可作為導(dǎo)電基底直接電鍍；
[0038]方案2，當(dāng)基片不導(dǎo)電時，又分為兩個方案:
[0039]方案2-1，用熱蒸發(fā)、濺射等鍍膜工藝在基片上沉積一層導(dǎo)電層，使得基底表面導(dǎo)電，再進行電鍍；
[0040]方案2-2，可用其他導(dǎo)電層輔助作為導(dǎo)電籽層，此時基片應(yīng)選具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄片，例如，選用不導(dǎo)電的絲網(wǎng)作為基片，可以在基片和使之形變的模具中間放置一層導(dǎo)電薄膜，作為導(dǎo)電籽層，并和基片一起彎曲，之后進行電鍍工藝，基片的網(wǎng)孔不阻礙電鍍的順利進行。
[0041]S5:去除光刻膠和基片，獲得具有不同軸線方向通孔的金屬微結(jié)構(gòu)。使用有機除膠劑或氧化性強酸可實現(xiàn)對光刻膠的去除，對基片的去除可根據(jù)基片的材料選取酸腐蝕、堿腐蝕或機械打磨的方法去除。例如，使用溶膠液可實現(xiàn)對PMMA光刻膠的去除。
[0042]圖2是本發(fā)明實施例提供的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法的工藝流程圖，如圖2所示，方法包括:
[0043]10:在不銹鋼過濾網(wǎng)上放置一片厚度200μπι的PMMA片，并在PMMA片上放置鉛磚，將整體加熱使PMMA軟化并使其底層嵌入不銹鋼過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔中，再降溫獲得具有不銹鋼過濾網(wǎng)為基底的PMMA片。
[0044]20:將上述帶有不銹鋼過濾網(wǎng)基底的PMMA片進行傳統(tǒng)的X射線曝光，其掩膜版圖形遮光部分為正方形陣列:單元為正方形，邊長為50μπι，陣列為100 X 100周期，相鄰兩個正方形間距為30μπι;將上述曝光后的PMMA片放入顯影液中顯影，獲得正方形PMMA柱陣列。
[0045]30:將PMMA柱陣列連同基片一起放在具有球面面形的塑料模具表面并在基片邊緣施加壓力，使得PMMA柱陣列連同基片一起彎曲，基片背面盡量與球面表面貼合，獲得彎曲后的PMMA柱陣列。
[0046]40:將PMMA柱陣列連同基片、球面模具一起放入電鍍液中，連接電極后進行電鍍鎳，獲得電鍍后的結(jié)構(gòu)。
[0047]50:將電鍍后的結(jié)構(gòu)從球面模具上取下并放入去膠液中，將PMMA溶解去除，并通過打磨將不銹鋼過濾網(wǎng)去除。獲得鎳金屬微結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)含有長方體通孔陣列，長方體橫截面為正方形，橫截面的法向即通孔的軸線方向全部指向同一球心，即獲得了同一基片上含有具有不同軸線方向的通孔局部特征的金屬微結(jié)構(gòu)，如圖3所示，本實施例制得的金屬微結(jié)構(gòu)含有多個通孔，并且所有通孔的軸指向同一球心。
[0048]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括: SI，在一平整的基片的表面涂覆一層光刻膠，所述基片在外力作用下可發(fā)生形變； S2，對所述光刻膠進行曝光、顯影，以在所述基片的表面形成光刻膠圖形； S3，令所述基片發(fā)生形變，以使得所述光刻膠圖形隨所述基片一同發(fā)生形變； S4，在所述基片表面上的非光刻膠圖形處，進行金屬鍍膜； S5，去除所述光刻膠和所述基片，得到金屬微結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述光刻膠的厚度大于0.2mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟S3中，通過將所述基片按壓在具有面形的模具上，以使所述基片發(fā)生形變。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述基片為非金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中: 所述步驟S3中，先在所述基片和所述模具中間放置一層導(dǎo)電層，再將所述基片按壓在具有面形的模具上，以使所述導(dǎo)電層與所述基片一同發(fā)生形變； 所述步驟S4中，在所述導(dǎo)電層上以電鍍方式進行金屬鍍膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述基片為非金屬薄片，其中: 所述步驟S4中，先在所述非金屬薄片上制作一層導(dǎo)電層，再在所述導(dǎo)電層上以電鍍方式進行金屬鍍膜。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述基片為金屬薄片或金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中: 所述步驟S4中，在所述金屬薄片或金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上以電鍍方式進行金屬鍍膜。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟S5中，使用有機除膠劑或氧化性強酸去除所述光刻膠。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟S5中，采用酸腐蝕、堿腐蝕或機械打磨的方法去除所述基片。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬微結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述光刻膠圖形為正方形陣列。10.—種由權(quán)利要求1-9中任意一項所述的方法制得的金屬微結(jié)構(gòu)，其特征在于，其具有平行的上、下兩個曲面及至少一個通孔，并且，所述通孔與所述上、下兩個曲面垂直。
【文檔編號】B81B1/00GK105858591SQ201610188420
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】張?zhí)鞗_, 伊福廷, 王波, 劉靜, 張新帥, 孫鋼杰, 王雨婷
【申請人】中國科學(xué)院高能物理研究所