[发明专利]金属基底上制备高深宽比金属微光栅的方法

说明书

技术领域

本发明属于微制造技术领域，涉及金属基底微电铸金属器件类，特别涉及到一种基于UV-LIGA工艺在金属基底上制备高深宽比金属微光栅的方法。

背景技术

作为光学仪器核心单元器件之一的金属微光栅在光谱测量、光计算、光信息处理等诸多领域有着重要的应用。随着金属微光栅需求量不断增长，其加工制备方法越来越受到科研人员的关注。现有的金属微光栅的制备主要是以硅为基底并结合溅射、制备掩蔽层、刻蚀等工艺实现。如《功能与材料》2010年论文集296-298页和《红外与毫米波学报》2013年4月第32卷第2期154-159页。文献1是在Si上首先溅射一层铝薄膜，然后结合光刻工艺制备掩蔽层，最后通过湿法刻蚀铝薄膜制备了周期为8μm，高度为0.3μm的铝光栅。但这种方法制备的金属光栅高度有限。文献2首先将环烯烃聚合物（COP）薄膜旋涂在硅片衬底上，然后压印出光栅结构，之后溅射Au薄膜，形成COP和Au的复合结构，再采用Ar和CF₄混合气体刻蚀上表面的金，再用氧反应离子刻蚀残留的COP层，最后制备了最大高度为1μm的金光栅。但这种方法制备的光栅侧壁倾斜、高度有限，工艺复杂，成本较昂贵。另外，二者都采用易碎的硅片为基底，制备过程中易出现因基底的碎裂而导致失败的问题。

以金属作为基底并利用UV-LIGA工艺制备的金属微光栅具有深宽比、尺寸精度和机械强度高的特点，制备工艺简单，成本较低。制备的高深宽比金属微光栅具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于UV-LIGA工艺在金属基底上制备高深宽比金属微光栅的方法。本发明采用的技术方案是在高纯镍板基底上，经两次匀胶、分层曝光以及一次显影等光刻工艺过程得到SU-8胶胶膜，再微电铸镍、微电铸后处理来实现金属微光栅的制作；通过线宽补偿的方法解决溶胀引起的线宽变小问题；在去胶工序中，采用了“超声-浸泡-超声-浸泡”循环往复的方法去胶；在退火工序中使用真空退火去除残余应力。

具体步骤如下：

（1）基板预处理：首先，镍基板经过研磨、抛光使其表面粗糙度小于0.04μm，然后用丙酮棉球将基板表面擦拭干净，接着分别在丙酮和乙醇中施以超声清洗，再用纯水冲洗干净后吹干，最后在烘箱中烘焙，去除水汽后冷却至室温；

（2）SU-8胶胶膜的制备：使用台式匀胶机在基底上分两次旋涂SU-8光刻胶，匀胶机设置不同的转速得到不同厚度的胶膜；分次旋涂的SU-8光刻胶分别经过静置、前烘、曝光、后烘后进行一次显影，最终得到所需的SU-8胶胶膜；得到的胶膜直接作为微电铸的型模；

（3）微电铸：采用在金属基底上直接电铸生长的无背板生长工艺；电铸过程中施以阴极移动和循环过滤；电铸液配方为：氨基磺酸镍365～375g/L、氯化镍6～10g/L、硼酸55～60g/L；微电铸镍工艺条件为：PH值3.9～4.1、温度48℃～52℃、电流密度0.5～1A/dm²；

（4）人工研磨抛光：采用人工研磨的方法对电铸后的电铸层表面进行研磨抛光，以获得平整的电铸层表面；

（5）去除SU-8胶：首先将具有光栅结构的基板浸泡在80～90℃的SU-8去胶液中，浸泡5～10h后施加超声1～2h，之后撤除超声继续用去胶液浸泡，如此“浸泡-超声-浸泡-超声”循环往复去胶，最终得到干净的光栅结构；

（6）高温真空退火：退火绝对真空度约为10^-3Pa，温度为350～400℃，退火时间1～1.5h，然后随炉冷却。

本发明的有益效果在于，解决了现有方法中在硅基底上制备金属微光栅的刻蚀深度有限、基底易碎、刻蚀精度难以控制等问题。采用此方法在金属基底上制备金属微光栅具有深宽比、尺寸精度和机械强度高的特点，制备工艺简单，成本较低。针对用户的具体要求，可制备高度达数百微米、微电铸层内应力小的高深宽比金属微光栅；能够为微制造领域提供表面粗糙度低的金属微光栅。

附图说明

图1光栅结构示意图。

图2第一层SU-8胶。

图3第一次曝光。

图4第二层SU-8胶。

图5第二次曝光。

图6显影效果图。

图7微电铸镍。

图8SU-8胶去除效果图。

图中：S1、S2为SU-8光刻胶膜，A为自由空间，N为镍金属，J为基底。

具体实施方式

以下结合上述技术方案和附图，详细说明本发明的具体实施方式。