在微机电系统（MEMS）的制造领域，对厚且深宽比高的三维微结构的需求日益增长。所谓高深宽比，是指结构的高度与其宽度之比等于或大于2。这类结构在传感器、执行器、微流体系统等多种MEMS器件中扮演着至关重要的角色。为了实现这类结构的精确制造，X射线或紫外光刻厚聚合物层技术应运而生。这些技术不仅能够制造出图形化的聚合物结构，直接用于MEMS器件，还能作为金属电淀积的模具，为后续加工提供基础。本文将深入探讨高深宽比三维电铸金属结构的两种主要制造方法：X射线光刻电铸技术（LIGA技术）和紫外光刻电铸技术（类UV-LIGA技术）。
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一、制备过程解析
LIGA与UV-LIGA技术在制备高深宽比三维微结构的过程中，除了最初的聚合物模具制造步骤有所差异外，其他步骤基本相似。
衬底选择与预处理
表面微加工工艺对衬底的选择并不严格，硅、玻璃、陶瓷衬底以及印刷线路板均可作为加工的基础。以氧化硅衬底为例，在衬底上，首先利用溅射或蒸发工艺淀积一层种子层，常用的组合包括Ti/Cu或Cr/Cu。其中，Ti或Cr作为粘附层，用以增强Cu与衬底材料之间的附着力，因为Cu与多数衬底材料的附着性较差。Ti（或Cr）层和Cu层的典型厚度分别为10～30纳米和100～300纳米。
聚合物模具的制造
在种子层上涂覆一层厚聚合物层，是制造模具的关键步骤。LIGA技术通常采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，俗称有机玻璃）或SU-8胶（一种环氧基聚合物）作为X射线光刻胶。这些材料具有良好的X射线吸收性和抗蚀性，能够形成高质量的模具。而UV-LIGA技术则使用各种对紫外线敏感的光刻胶，包括酚醛树脂类、SU-8胶、聚酰亚胺等。这些光刻胶在紫外光的照射下能够发生化学反应，形成所需的模具图案。
涂覆聚合物层后，需进行软烤以去除溶剂并增强光刻胶的附着性。随后，利用光刻技术进行图形化处理，形成微模具的初步形状。这一过程中，光刻机的精度和稳定性对模具的质量至关重要。
金属的电镀填充
模具形成后，采用电镀工艺将金属填充到模具的侧壁和底部。常用的电镀金属包括Ni、Cu等，这些金属具有良好的导电性和机械性能。电镀过程中，金属离子在电场的作用下从电镀液中析出并沉积在模具表面，逐渐填充模具形成所需的微结构。
通常，电镀过程会持续至金属填充至模具上沿，此时电镀停止。但根据应用需求，有时也会在模具内形成“蘑菇”形结构等特殊形状。电镀完成后，需采用溶剂或等离子刻蚀等方法去除模具，暴露出金属微结构。
电学隔离与后续处理
在去除模具后，各电镀结构之间通过种子层仍存在电学连接。为了实现电学隔离，需依次刻蚀掉铜和钛种子层。这一过程中，需严格控制刻蚀条件和时间，以避免对金属微结构造成损伤。至此，高深宽比三维金属微结构的制造过程全部完成。
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二、UV-LIGA：LIGA技术的“平民版”
随着20世纪90年代紫外线敏感的高深宽比聚合物如SU-8胶的推出，紫外线光刻技术在制备模具方面的优势逐渐显现。与X射线光刻技术相比，紫外线光刻技术能够制造出侧壁品质更好、深宽比更高的模具。利用紫外线光刻制模再电镀的加工方法被称为UV-LIGA技术或类LIGA技术，有时也被戏称为“穷人的LIGA技术”。
尽管UV-LIGA技术能够提供的深宽比有限（一般不超过6:1，且高度最大值通常认为不超过800微米），但已足以满足多种应用的需求。此外，受紫外线光源波长的限制（如i-line的波长为365纳米），UV-LIGA技术可能无法有效地产生亚微米级图形的尺寸。然而，这些限制并未阻碍UV-LIGA技术在MEMS制造领域的广泛应用。
UV-LIGA技术的优势在于其设备成本低廉、可批量加工制造且加工工艺相对简单。这些特点使得UV-LIGA技术成为实验室和工业用户负担得起的加工方法。通过优化光刻胶的选择、电镀工艺参数以及后续处理步骤，可以进一步提高UV-LIGA技术的制造精度和可靠性。
LIGA与UV-LIGA技术作为高深宽比三维微结构制造的重要方法，在MEMS领域发挥着举足轻重的作用。LIGA技术以其高精度和高深宽比的能力，成为制造复杂微结构的首选方法；而UV-LIGA技术则以其低成本、可批量加工制造的优势，成为实验室和工业用户的理想选择。随着技术的不断发展，LIGA与UV-LIGA技术将在MEMS制造领域继续发挥重要作用，推动微机电系统的不断创新与发展。
在未来的研究中，可以进一步探索LIGA与UV-LIGA技术的优化方法，如开发新型光刻胶材料、改进电镀工艺参数以及引入先进的后续处理技术等。这些研究将有助于提高微结构的制造精度和可靠性，推动MEMS技术在更多领域的应用和发展。
