LIGA技术.ppt

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1、LIGA技术机械工程学院指导老师：222（教授）学生：111时间：2012/4/6目录LIGA技术简介LIGA技术的工艺流程X射线光源LIGA掩膜抗蚀光刻胶影响LIGA图形精度的因素准LIGA技术LIGA技术简介LIGA技术的特点与应用LIGA是深结构曝光和电铸的代名词。LIGA是德文Lithographie(LI)、Galanoformung(G)、Abformung(A)三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写,是20世纪80年代初德国卡尔斯鲁原子能研究所W.Ehrfeld等发明的的一种制造微型零件的新工艺方法。用LIGA技术进行超微细加工有如下特点：可制造有较大深宽比的微结构,这种工艺方法可以

2、制作微器件的高度1000μm，可以加工横向尺寸为0.5μm,和高宽比大于200的立方微架构，取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等；可制作复杂图形结构，精度高，加工精度可达0.1μm；可重复复制，符合工业上大批量生产要求，成本低。缺点是成本高，难以加工含有曲面、斜面和高密度微尖阵列的微器件，不能生成口小肚大的腔体等.LIGA技术自问世后,发展非常迅速,德国、美国和日本都开展了该技术领域的研究工作。用LIGA技术已研制和正在研制的产品有微轴、微齿轮、微弹簧、多种微机械零件、多种微传感器、微电机、多种微执行器、集成光学和微光学原件、微电子原件、微型医疗器械和装置、流体技术微元件、多种微纳米原

3、件及系统等。LIGA技术涉及的尖端科技领域和产品部门甚广，其技术经济的重要性是显而易见的。LIGA技术的工艺流程1.X射线深度光刻；2.显影；3.电铸制模；4.注塑复制。深度X射线曝光将光刻胶涂在有很好的导电性能的基片上，然后利用同步X射线将X光掩模上的二维图形转移到数百微米厚的光刻胶上。刻蚀出深宽比可达几百的光刻胶图形。X光在光刻胶中的刻蚀深度受到波长的制约。若光刻胶厚度10-1000微米应选用典型波长为0.1-1纳米的同步辐射源。显影将曝光后的光刻胶放到显影液中进行显影处理，曝光后的光刻胶如（ＰＭＭＡ）分子长键断裂，发生降解，降解后的分子可溶于显影液中，而未曝光的光刻胶显影后依然存在。这

4、样就形成了一个与掩模图形相同的三维光刻胶微结构。电铸制模利用光刻胶层下面的金属薄层作为阴极对显影后的三维光刻胶微结构进行电镀。将金属填充到光刻胶三维结构的空隙中，直到金属层将光刻胶浮雕完全覆盖住，形成一个稳定的、与光刻胶结构互补的密闭金属结构。此金属结构可以作为最终的微结构产品，也可以作为批量复制的模具。对显影后的样品进行微电铸,就可以获得由各种金属组成的微结构器件。微电铸的原理是在电压的作用下,阳极的金属失去电子,变成金属离子进入电铸液,金属离子在阴极获得电子,沉积在阴极上,当阴极的金属表面有一层光刻胶图形时,金属只能沉积到光刻胶的空隙中,形成与光刻胶相对应的金属微结构。微电铸的常用金属为

5、镍、铜、金、铁镍合金等。由于要电铸的孔较深,必须克服电铸液的表面张力,使其进入微孔中,用微电铸工艺还要电铸出用于微复制工艺的微结构模具,要求获得的模具无内应力,因此,LIGA技术对电铸液的配方和电铸工艺都有特殊的要求。解决该问题的办法是:在电铸液中添加表面抗张力剂,采用脉冲电源,或利用超声波增加金属离子的对流。注塑复制用上述金属微结构为模板，采用注塑成型或模压成型等工艺，重复制造所需的微结构。符合工业上大批量生产要求，降低成本。X射线光源由于深度同步辐射X射线是这项技术的关键。普通X射线曝光所用X射线的穿透能力有限，不适合超深结构的加工，所以在选择光源的时候需要功率强大的同步辐射加速器产生的

6、硬X射线作光源。它的强度是普通X射线强度的几千到上万倍。这种同步辐射X射线是由同步加速器和储存环内的高能相对论性电子发射出来的。这种电子由电磁场进行加速，加速方向与其运动方向垂直。发射出来的辐射谱从微波波长区，经过红外波长区、看见光、紫外波长区、一直延伸到X射线波长区。同步辐射X射线辐射照度很强，故曝光时间较短，它的波长甚短，穿透能力极强，故可以达到很大的光刻厚度。这种光源的平行度极好，刻出的图形侧壁光滑陡峭，可以有很高的横向分辨率和很大的高宽比。所以可以说深度同步辐射X射线光源是LIGA技术的最重要和最基本的设备。深度同步辐射X射线不仅价格极其昂贵，而且国内外由此设备的单位也较少，因此有的

7、单位就使用超紫外线光源和普通的X射线光源。这种光源波长长，强度和平行性也不够理想，故光刻的深度较浅，质量稍差。使用这种光源代替同步辐射X光源，一般称为准LIGA技术。LIGA掩膜LIGA光刻中采用的同步辐射X射线，它的穿透能力极强，这对X光掩膜板的要求极高，普通IC工业中的掩膜，因不能承受这样的穿透力，己不能使用。所以组成掩膜的阻挡X射线的吸收体、载体薄片（基板）和外框架，各自有自身的特殊要求。掩膜的吸收体在