金属铜表面的三维齿状图形的化学微加工 - CORE.PDF

第 2 1 卷 第 3 期 应 用 化 学 Vol . 2 1 No . 3 2004 年 3 月 　　 　CHIN ESE J OU RNAL OF A PPL IED CHEM ISTR Y 　　 　 Mar . 2004 金属铜表面的三维齿状图形的化学微加工 a a a b b a a 刘柱方 　蒋利民 　汤 　儆 　刘品宽 　孙立宁 　田中群 　田昭武 ( a 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室 ,化学系 　厦门 36 1005 ; b 哈尔滨工业大学机器人研究所 　哈尔滨) ( ) ( ) 摘 　要 　运用约束刻蚀剂层技术 CEL T 在金属铜 Cu 表面实现了三维微图形加工 ,取得成功的关键因素在 于寻找到能对 Cu 进行有效 CEL T 加工的化学刻蚀和捕捉体系 。采用规整的三维齿状结构为模板 ,在 Cu 表面 ( ) ( ) 得到了与齿状结构模板互补的三维微结构 。采用扫描电子显微镜 SEM 和原子力显微镜 A FM 对所刻蚀图 案进行表征 ,证实 CEL T 可用于金属表面三维微图形的刻蚀加工 。 ( ) 关键词 　约束刻蚀剂层技术 CEL T ,金属铜 ,三维微加工 ,化学刻蚀 ( ) 中图分类号 :O646 . 6 　　　　　文献标识码 :A 　　　　　文章编号 :100005 18 2004 ( ) ( ) 微机电系统 M EM S 也称为微系统 Micro system ,泛指体积微小 、可批量制作 ,集微型机构 、微型 传感器 、微型执行器 以及信号处理和控制 电路 、直至接 口、通讯和 电源等于一体 , 具有多种功能的系 统[ 1 ,2 ] 。微系统的目标不但在于通过微型化 、集成化使数以百万计的微小型零部件能够批量制造而大大 降低成本 ,并具有节材 、节能、小惯性 、易控制 、高速度 、高信息密度 、高功能密度 、高互联密度等特点 ,更 重要的还在于制备各类具有不同新功能的微系统 ,可以完成大尺寸系统所不能完成的任务 ,从而发现和 解决新的科学问题 ,开辟新的技术领域和产业 。随着 M EM S 研究和应用的深入开展 ,对金属和合金进 行三维微加工研究显得越来越重要 。目前对金属材料微加工方法主要有湿法光刻技术 、干法刻蚀 、电解 加工 、超短电位脉冲加工以及 L I GA 技术和 EFAB 技术等[3 ,4 ] ,但是它们都难以用于复杂三维微结构的 ( 复制加工 。针对该难题 ,本研究组 曾于 1992 年提出约束刻蚀剂层技术 Confined Etchant L ayer Tech nique 简称 CEL T) [5 ,6 ] ,该技术将传统的各向同性的湿法化学刻蚀变为具有距离敏感性的化学刻蚀 ,能 ( ) 在不同的材料 半导体 、金属甚至非导电材料 上实现复杂三维图形的复制加工 ,相比只有方向选择性的 现有刻蚀加工技术更适合于三维立体图形的复制加工 。CEL T 的基本原理是 :利用电化学或光电化学 反应在具有高分辨率