LIGA工藝及相關(guān)工藝技術(shù).doc

電子學院 集成電路工程 2011514016 劉東梅LIGA工藝及相關(guān)工藝技術(shù)LIGA 技術(shù)起源于德國 ,在 80 年代初 ,由德國卡爾斯魯爾核研究中心發(fā)明并取得專利。德文的名字是 Lithograpic Galvahoformung Abformung。L IGA 則是這三個詞的縮寫。L IGA技術(shù) ,實質(zhì)就是用同步電磁輻射 x 光進行光刻腐蝕、 電鑄成型的微制造工藝過程。L IGA 技術(shù)是納米微制造技術(shù)過程中最有生命力、 最有前途的方法。利用 L IGA 技術(shù) ,不僅可制造納米級的微小結(jié)構(gòu) ,而且還能制造大到毫米級的微型結(jié)構(gòu)。據(jù)介紹，目前利用LIGA技術(shù)加工的微結(jié)構(gòu)其典型參數(shù)見表1。LIGA技術(shù)是深度X 射線曝光、微電鑄和微復制工藝的完美結(jié)合 。它能夠制造平面尺寸在微米級結(jié)構(gòu)高度達幾百微米的微結(jié)構(gòu) ，其工藝流程如圖 1所示，主要工藝過程如下圖1 LIGA工藝流程圖 以下是LIGA技術(shù)很關(guān)鍵的四部分：(1)深度X 射線曝光將光刻膠涂在有很好的導電性能的基片上,然后利用同步X 射線將 X 光掩模上的二維圖形轉(zhuǎn)移到數(shù)百微米厚的光刻膠上，刻蝕出深寬比可達幾百的光刻膠圖形 X光在光刻膠中的刻蝕深度受到波長的制約，若光刻膠厚度在101000,應選用典型波長為 0.11nm的同步輻射源。如圖2所示。(2)顯影將曝光后的光刻膠放到顯影液中進行顯影處理,曝光后的光刻膠(如PMMA)分子長鍵斷裂,發(fā)生降解,降解后的分子可溶于顯影液中,而未曝光的光刻膠顯影后依然存在, 這樣就形成了一個與掩模圖形相同的三維光刻膠微結(jié)構(gòu)。如圖3所示。(3)微電鑄利用光刻膠層下面的金屬薄層作為陰極對顯影后的三維光刻膠微結(jié)構(gòu)進行電鍍,將金屬填充到光刻膠三維結(jié)構(gòu)的空隙中,直到金屬層將光刻膠浮雕完全覆蓋住,形成一個穩(wěn)定的、與光刻膠結(jié)構(gòu)互補的密閉金屬結(jié)構(gòu)。此金屬結(jié)構(gòu)可以作為最終的微結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，也可以作為批量復制的模具。(4)模鑄用上述金屬微結(jié)構(gòu)為模板，采用注塑成型或模壓成型等工藝 重復制造所需的微結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的其他微細加工工藝相比，LIGA技術(shù)的優(yōu)點是：精度為亞微米級, 深寬比大，可達幾百以上，且沿深度方向的直線性和垂直度非常好，可用材料的種類較多。缺點是：成本高，得到的形狀是直柱狀的，難以加工含有曲面、斜面和高密度微尖陣列的微器件，不能生成口小肚大的腔體等。SLIGA技術(shù) .SLIGA技術(shù)是H.Guckel教授等人結(jié)合硅面加工技術(shù)和常規(guī) LIGA技術(shù)而開發(fā)出的一種新工藝。在這個工藝中,犧牲層用于加工形成與基片完全相連或部分相連或完全脫離的金屬部件。利用SLIGA 技術(shù)可以制造活動的微器件。即在形成微機械結(jié)構(gòu)的空腔或可活動的微結(jié)構(gòu)過程中，先在下層薄膜上用結(jié)構(gòu)材料淀積所需的各種特殊結(jié)構(gòu)件，再用化學刻蝕劑將此層薄膜腐蝕掉，但不損傷微結(jié)構(gòu)件，然后得到上層薄膜結(jié)構(gòu)（空腔或微結(jié)構(gòu)件）。由于被去掉的下層薄膜只起分離層作用，故稱其為犧牲層。即利用LIGA技術(shù)和犧牲層技術(shù)制作的可動微型結(jié)構(gòu)。工藝過程為：先在平面基板上布設(shè)一層犧牲層材料，如聚酰亞胺、淀積的氧化硅、多晶硅或者某種合適的金屬等，與電鍍的材料相比，這些材料比較容易被有選擇地去除。然后在基片和犧牲層上濺射一層電鍍基底，其后的工藝與常規(guī)SLIGA工藝相同。在完成LIGA技術(shù)的微電鑄工藝之后將犧牲層去除，就可獲得可活動的微結(jié)構(gòu)。如圖是SLIGA技術(shù)工藝流程圖。 圖 4SLIGA工藝流程圖典型準LIGA技術(shù)紫外光(UV) LIGA：紫外光源對光刻膠曝光，光源是汞燈，掩模板是簡單的鉻掩膜板。工藝有2個主要的部分：厚膠的深層UV光刻和圖形中結(jié)構(gòu)材料的電鍍。準LIGA工藝制成的金屬微結(jié)構(gòu)與Si結(jié)構(gòu)相比,更具韌性,受溫度影響小, 制作方便,設(shè)備成本低,適合于中小型工廠制作各種微結(jié)構(gòu), 因而發(fā)展十分迅速。其典型的工藝流程示于圖5。 圖5準LIGA工藝流程Laser-LIGA技術(shù)Laser-LIGA是W.Ehreld等人在1995年首次提出并使用的，它采用波