[发明专利]一种曲面结构电场式时栅角位移传感器微纳制造方法

摘要

本发明涉及曲面结构电场式时栅角位移传感器的制造方法，具体为一种曲面结构电场式时栅角位移传感器微纳制造方法，包括测头基体制造方法和定尺基体制造方法，本发明采用微纳工艺制造曲面结构电场式时栅角位移传感器，解决了现有曲面结构电场式时栅角位移传感器传统加工过程中制造精度低、特殊结构图形转移易失真等技术难题。该方法可以提高加工过程中的制造精度，实现利用微纳制造方法来加工大尺寸曲面结构器件，利用该方法制造的曲面结构电场式时栅角位移传感器具有精度高、测量范围大、分辨率高、可靠性好、成本低等特点。

主权项

一种曲面结构电场式时栅角位移传感器微纳制造方法，其特征在于包括测头基体制造方法和定尺基体制造方法，其中测头基体制造方法包括以下步骤：选取以绝缘体为材料的两个半筒状曲面体（1）；将两曲面体（1）按照工业标准湿法清洗工艺进行清洗；在其中一个曲面体（1）的内表面通过磁控溅射工艺沉积电极层（3），电极层（3）厚度为600~800nm，电极层（3）的材料为Al、Ag、Au、Pt；制备其上有测头基体电极形状和电极连线图案的第一光刻掩膜板（5），其次在曲面体（1）的电极层（3）表面利用匀胶机旋涂光刻胶（4），然后进行前烘，匀胶机的甩胶速度为2000~2500r/min，前烘温度为80~100℃，前烘时间为5~10min；用光刻装置和遮挡板在曲面体（1）上曝光出测头基体电极形状：所述光刻装置包括光刻机、步进电机、控制器、驱动器、垂直移动平台和电源，电源分别和步进电机、控制器和驱动器连接，控制器和驱动器都与步进电机连接，步进电机的输出轴通过连接杆和沉积有电极层（3）的曲面体（1）连接，第一光刻掩膜板（5）固定在垂直移动平台上，曝光前，调整好第一光刻掩膜板（5）相对于曲面体内表面的高度，遮挡板遮盖在第一光刻掩膜板（5）的图案上，且在水平方向上留下条状的要曝光区域，调整曲面体（1）的位置，使得条状的要曝光区域和曲面体（1）上的对应曝光区域平行，紫外光（6）通过透光区域照射在曲面体（1）上，这个区域曝光完成后，遮挡板移动，在第一光刻掩膜板（5）上增加条状的要曝光区域，同时控制器控制步进电机转动一定角度，使得增加的要曝光区域和曲面体（1）上对应的曝光区域平行，紫外光（6）通过透光区域照射在曲面体（1）上，这个区域曝光完成后，遮挡板移动，在第一光刻掩膜板（5）上增加条状的要曝光区域，同时控制器控制步进电机转动一定角度，使得增加的要曝光区域和曲面体（1）上对应的曝光区域平行，紫外光（6）通过透光区域照射在曲面体（1）上……,依次重复，直至完成测头基体电极（7）的曝光；将曝光后的曲面体（1）浸泡在显影液中进行显影，显影的时间为50~80s；显影后的曲面体（1）进行坚膜，坚膜温度为100~140℃，坚膜时间为10~15min；坚膜后的曲面体（1）以光刻胶为掩膜，在腐蚀液中进行湿法腐蚀，腐蚀出曲面体（1）上的测头基体电极（7），腐蚀时间为10~15min；清洗掉曲面体（1）上测头基体电极（7）表面上的光刻胶；测头基体电极（7）在氮气气氛下退火，退火温度为400~500℃，退火时间为10~15min；将两个曲面体（1）通过精密装配组装在一起，形成筒状的测头基体；定尺基体制造方法包括以下步骤：选取以绝缘体为材料的圆柱棒（2）；将圆柱棒（2）按照工业标准湿法清洗工艺进行清洗；在圆柱棒（2）的柱面通过磁控溅射工艺沉积电极层（3），电极层（3）厚度可为600~800nm；制备其上有部分定尺基体电极形状和电极接线图案的第二光刻掩膜板（8），其次在圆柱棒（2）的电极层（3）表面利用匀胶机旋涂光刻胶（4），然后进行前烘，匀胶机的甩胶速度为2000~2500r/min，前烘温度为80~100℃，前烘时间为5~10min；用光刻装置在圆柱棒（2）柱面曝光出定尺基体电极形状：所述光刻装置包括光刻机、步进电机、控制器、驱动器、垂直移动平台和电源，电源分别和步进电机、控制器和驱动器连接，控制器和驱动器都与步进电机连接，步进电机的输出轴通过连接杆和圆柱棒（2）连接，第二光刻掩膜板（8）固定在垂直移动平台上，曝光前，调整好第二光刻掩膜板（8）相对于圆柱棒（2）柱面的高度，紫外光（6）先照射圆柱棒（2）柱面的一定区域，这个区域曝光完成后，控制器控制步进电机转动一定角度n1，曝光圆柱棒（2）柱面的下一个区域，这个区域曝光完成后，控制器再控制步进电机转动一定角度n1，曝光圆柱棒（2）表面的下一个区域，直至曝光出一组完整的块状电极，然后控制器控制步进电机转动另一个角度n2，进入下一组块状电极的曝光区域，控制器控制步进电机以角度n1带动圆柱棒（2）逐渐曝光，直至这一组块状电极光刻完成，然后控制器控制步进电机转动另一个角度n2，进入下一组块状电极的曝光区域……，依次重复，直至完成定尺基体电极（9）的曝光；将曝光后的圆柱棒（2）浸泡在显影液中进行显影，显影的时间为50~80s；显影后的圆柱棒（2）进行坚膜，坚膜温度为100~140℃，坚膜时间为10~15min；坚膜后的圆柱棒（2）以光刻胶为掩膜，在腐蚀液中进行湿法腐蚀，腐蚀出圆柱棒上的定尺基体电极（9），腐蚀时间为10~15min；清洗掉圆柱棒（2）电极表面上的光刻胶；定尺基体电极（9）在氮气气氛下退火，退火温度为400~500℃，退火时间为10~15min，形成定尺基体。