LIGA技术简介.ppt
LIGA技术简介
1.同步辐射X光：高强度、平行性好的光源， 这 样的光源只有用同步加速辐射的方法才能得到。
2. PMMA：用于LIGA技术的抗蚀剂必须有良好的 分辨力、机械强度、低应力, 同时还要与基片粘附 性好。用于深层X光光刻的光刻胶一般用综合性能 良好的有机聚合物聚甲基丙烯酸甲酯Poly( methylmethacrylate)-PMMA。PMMA是正性
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2.深等离子体刻蚀(deep plasma etching)
一般用Si做为刻蚀微结构的加工对象,也即高深宽 比硅刻蚀。
优点：各向异性刻蚀速率比大，刻蚀速率大,且系 统结构简单。
缺点：硅材料本身较脆,需要将加工了的硅微结构 作为模具,对塑料进行模压加工,再利用塑料微结构 进行微电铸后,才能用得到的金属模具进行微结构 器件的批量生产。或者直接从硅片上进行微电铸, 获得金属微复制模具。
( 1) 深宽比大, 准确度高。所加工的图形准确度小于 0. 5微米, 表面粗糙度仅10nm, 侧壁垂直度>89. 9°, 纵向高度可500微米以上;
( 2) 用材广泛。从塑料( PMMA、聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯等) 到金属( Au, Ag, Ni, Cu) 到陶瓷( ZnO2) 等, 都可以用LIGA技术实现三维微结构;
LIGA
LIGA开放分类：电子、机械、MEMSLIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三个词，即光刻、电铸和注塑的缩写。
LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术（工艺流程如图所示），主要包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。
由于X射线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，使LIGA技术能够制造出高宽比达到500、厚度大于1500 μm、结构侧壁光滑且平行度偏差在亚微米范围内的三维立体结构。
这是其它微制造技术所无法实现的。
LIGA技术被视为微纳米制造技术中最有生命力、最有前途的加工技术。
利用LIGA技术，不仅可制造微纳尺度结构，而且还能加工尺度为毫米级的Meso结构。
与其它微细加工方法相比，LIGA技术具有如下特点：(1)可制造较大高宽比的结构；(2)取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等；(3)可制作任意截面形状图形结构，加工精度高；(4)可重复复制，符合工业上大批量生产要求，制造成本相对较低等。
LIGA技术从首次报导至今，短短十多年飞速发展，引起人们极大的关注，发达国家纷纷投入人力、物力、财力开展研究，目前己研制成功或正在研制的LIGA产品有微传感器、微电机、微执行器、微机械零件和微光学元件、微型医疗器械和装置、微流体元件、纳米尺度元件及系统等。
为了制造含有叠状、斜面、曲面等结构特征的三维微小元器件，通常采用多掩模套刻、光刻时在线规律性移动掩模板、倾斜/移动承片台，背面倾斜光刻等措施来实现。
目前,国内新兴发展起来的使用SU-8负型胶代替PMMA正胶作光敏材料，以减少曝光时间和提高加工效率，是LIGA技术新的发展动向。
这是,由于LIGA技术需要极其昂贵的X射线光源和制作复杂的掩模板，使其工艺成本非常高，限制该技术在工业上推广应用。
于是出现了一类应用低成本光刻光源和(或)掩模制造工艺而制造性能与LIGA技术相当的新的加工技术，通称为准LIGA技术或LIGA-like技术。
纳米加工中的LIGA技术
纳米加工中的LIGA技术Nano machining technology LIGA09机Y4 顾力欢 09120408摘要：在本文中，主要阐述了纳米级加工技术中的LIGA技术，介绍了LIGA技术的发展以及内容，以及各国在LIGA技术领域的发展成果，最后介绍了LIGA技术的延伸——准LIGA技术和LIGA技术的应用实例。
这些应用的实例告诉了我们LIGA技术的实用性和多样性。
Abstract:In this paper, mainly expounds the nano machining technology in LIGA technology, introduces the development of LIGA technology and content, as well as countries in the field of LIGA technology development results, finally introduces the LIGA Technology Extension -- quasi LIGA technology and LIGA technology application. These examples tell us LIGA technology practicability and diversity.关键词：LIGA技术准LIGA技术同步辐射X光源X射线光刻Key word.LIGA Technology Quasi LIGA technique Synchrotron radiation X light source X ray lithography引言：本世纪八、九十年代大规模集成电路技术迅猛发展，由此引起的信息革命冲击着科学技术的各个领域。
在微电子技术的带动下,将微传感器、微处理器、微执行器等集成在一个极小的几何空间内形成的微型机电系统(MEMS:Miero Electro Mechanical Systems ) 已经间世, 从而, 微型机械及微型电气控制系统就能像集成电路一样大批量廉价地生产。
MEMS工艺(7LIGA技术)
LIGA vs. Si micro-lithography
Micromolding of nanocomposites
• Fabricate high aspect ratio micromolds with LIGA. • Develop nanocomposite formulation amenable to micromolding. • Fabricate micromolds on functional substrates such as silicon and alumina.
LIGA 技术标准工艺
LIGA技术的四大工艺组成：
• LIGA掩模板制造工艺
• X光深层光刻工艺
• 微电铸工艺
• 微复制工艺
LIGA掩模板制造工艺
• LIGA 技术的第一步是制造LIGA专用的X光 掩模板，LIGA掩模板必须有选择地透过和 阻挡X光。一般的紫外光掩模板不适合做 LIGA掩模板。
• 由于LIGA掩模板要求阻挡层的侧壁垂直， 用普通的微加工工艺无法达到，所以LIGA 掩模板需要用LIGA技术来完成。
LIGA process
• Microfluidic device made using LIGA process. Note the rough surface due to lack of planarization (polishing). • Micromechanical actuator (capacitive comb drive) made using LIGA process.
在阳极上H+生成H2 的化学反应如下：
电镀与电铸
• 电铸的定义为：用电化学沉积的方法在芯 模上沉积金属，然后将两者分离来制取零 件的加工工艺，其基本原理与电镀相同， 电铸与电镀的区别在于，电镀的镀层厚度 很小，一般只有7～50μm，而电铸形成的 是具有一定形状与厚度的三维结构，其厚 度最大可达到1mm以上；电镀多用于结构 零件的防护与精饰，而电铸通常用于将芯 模的图形结构加以完整的复制。
LIGA技术简介
LIGA技术简介LIGA是德文（Lithographie GaVanoformung Abformung）之缩写，译成英文则为Lithogrophy electroforming micro molding 译成中文则为X光光刻，微电铸，微成形也就是X 光深刻精密电铸模造成形，通常简称为深刻电铸模造。
LIGA制程源自德国核能研究所，1980年初期所发展出来用以制造微结构的技术。
它结X-Ray深刻术（Decp X-Ray Lithography）电铸翻模（Micro Electroform ing）及精密射出（Micro-Injection）热压成型（Micro-Embossing）技，适合量产高深宽比（Aspect Ratio）低表面粗糙度（Sub μm）拜直侧壁的微结构，且材料的应用范围广泛，可制造金属及塑料的微结构。
这些技术的特点使得LIGA被公认为最具有技术潜力开发高深宽比，高精度之2D,3D微结构之件及微系统。
一、LIGA之技术领域LIGA之技术领域可分为三方面(1)Lithography （光刻）(2)Electro deposition （电气沉积）Electroforming （电铸）Electroplating （电镀）(3) Micro Molding （微成形）Micro injection molding （微射出成形）二、光刻（Lithography）1、光刻之定义光刻之定义，就是将掩膜（Photomark）上之图案（Pattem）转移至光阻（Photoresist）上面，由于光阻材料之正负性质不同，经显影（Develop）后，光阻图案会和光完全相同或呈互补。
2、光刻制程光刻制程可说是半导体制程之关键制程，其步骤如下：(1)表面清洗(2)涂底（Priming）(3)光阻覆盖(4)软烤(Soft bake) (5)曝光(6)烘烤(7)显影(8)硬烤如图（一）图（二）所示：表面清洗是去除芯片表面氧化物、杂质、油质及水分子涂底是在芯片表面涂上一层HMDS化合物，以增加光阻与表面的附着力光阻是一种感光材料，由感光剂（Sensitizer）树脂（Resin）及溶剂（Solvent）混合而成光阻应具备之特性：(1) 高光源吸收率(2)高分辨率(3)高无感度(4)抗蚀剂性(5)高附着性(6)低黏滞系数(7)高对比光阻材料有正负之分，正光阻受光照射后分子键被剪断(Chan scission)因而易溶于显影液(Developer)，因而负光阻分子键则会产生交互链台(cross linking) 因而难溶于显影液如图三所示：3、光刻曝光法技术光蚀刻光刻技术是用已制成图案之掩膜或光阻，选择性的保护工件表面后，以各种光源蚀刻除去未被掩膜或光阻色覆的部份，而得到欲加工之几何形状。
liga工艺技术
liga工艺技术Liga工艺技术指的是将多种金属材料通过微电子封装工艺加工成一体化的高可靠性零件的技术。
Liga工艺技术广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗仪器等领域，具有独特的优势和潜力。
Liga工艺技术最早在德国发展起来，Liga是德语Lithographie, Galvanoformung und Abformung的缩写，翻译成中文就是印刷、电镀和压模。
这项技术采用先进的光刻、电解沉积和热塑性高分子材料模压工艺，能够将金属材料制成复杂的结构，实现高精度的加工和零部件集成，提高产品的性能和可靠性。
Liga工艺技术的核心是通过光刻技术制作金属模板，并在模板上进行电解沉积，形成所需的金属结构。
这种光刻技术利用光敏树脂作为光刻胶，根据需求使用紫外线或激光器进行曝光，再通过化学反应来腐蚀或增加金属层厚度，最后将光刻胶去除，得到金属模板。
接着，将这个金属模板放入电解槽中，进行电解沉积，使金属填充模板的微小孔隙和缝隙。
最后，用热塑性高分子材料作为压模材料，将金属结构从金属模板中脱离，得到最终产品。
Liga工艺技术有以下几个优势。
首先，它可以实现微小结构的制造。
由于采用了光刻技术和电解沉积，可以制造出空间分辨率可达几纳米的微小结构，适应了现代微纳电子器件的发展需求。
其次，Liga工艺技术可以制造出高精度、高可靠性的产品。
由于采用了模板制备方法，形成了三维复杂的金属结构，避免了传统加工过程中的失真和偏差，提高了产品的准确性和稳定性。
再次，Liga工艺技术具有良好的适应性。
由于可以使用不同的金属材料和模板设计，可以制造出多种材质和形状的产品，适应了不同领域和应用的需求。
Liga工艺技术在航空航天、汽车制造、医疗仪器等领域有广泛的应用。
例如，在航空航天领域，Liga工艺技术可以制造出高精度的传感器和微型发动机零件，提高了航天器的性能和可靠性。
在汽车制造领域，Liga工艺技术可以制造出微型喷油器和涡轮增压器等关键部件，提高了汽车的燃烧效率和动力输出。
LIGA相关技术
浅谈LIGA相关技术LIGA技术首先是由德国卡尔斯鲁厄核物理研究中心研究出来的，被公认为是一种全新的三维微细加工技术。
LIGA这一词源自德文缩写，LI指深度X射线刻蚀，G指电铸成型，A指的是塑料铸模。
LIGA技术是深度X射线曝光、微电铸和微复制工艺的完美结合。
SLIGA是指牺牲光刻电铸成型工艺。
其中的S是指牺牲层。
SLIGA技术是H.Guckle教授等人结合硅面加工技术和常规LIGA技术而开发出的一种新工艺。
在这个工艺中，牺牲层用于加工形成与基片完全相连或部分相连或完全脱离的金属部件。
利用SLIGA技术可以制造活动的微器件。
开发研究LIGA技术的初始目的是为了加工出能够将铀同位素进行分离的特别微小的管嘴LIGA技术从首次报导至今，短短十多年飞速发展，引起人们极大的关注，发达国家纷纷投入人力、物力、财力开展研究，目前己研制成功或正在研制的LIGA产品有微传感器、微电机、微执行器、微机械零件和微光学元件、微型医疗器械和装置、微流体元件、纳米尺度元件及系统等。
为了制造含有叠状、斜面、曲面等结构特征的三维微小元器件，通常采用多掩模套刻、光刻时在线规律性移动掩模板、倾斜/移动承片台，背面倾斜光刻等措施来实现。
LIGA它能够制造平面尺寸在微米级、结构高度达几百微米的微结构。
其工艺流程如图。
主要工艺过程如下：1)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。
这样就形成了一个与掩模图形相同的三维光刻胶微结构。
2)微电铸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。
LIGA工艺
电子学院集成电路工程 2011514016 刘东梅LIGA工艺及相关工艺技术LIGA 技术起源于德国 ,在 80 年代初 ,由德国卡尔斯鲁尔核研究中心发明并取得专利。
德文的名字是 Lithograpic Galvahoformung Abformung。
L IGA 则是这三个词的缩写。
L IGA技术 ,实质就是用同步电磁辐射 x 光进行光刻腐蚀、电铸成型的微制造工艺过程。
L IGA 技术是纳米微制造技术过程中最有生命力、最有前途的方法。
利用 L IGA 技术 ,不仅可制造纳米级的微小结构 ,而且还能制造大到毫米级的微型结构。
据介绍，目前利用LIGA技术加工的微结构其典型参数见表1。
LIGA技术是深度X 射线曝光、微电铸和微复制工艺的完美结合。
它能够制造平面尺寸在微米级结构高度达几百微米的微结构，其工艺流程如图 1所示，主要工艺过程如下图1 LIGA工艺流程图以下是LIGA技术很关键的四部分：(1)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，若光刻胶厚度在10~1000m,应选用典型波长为 0.1~1nm的同步辐射源。
如图2所示。
(2)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, 这样就形成了一个与掩模图形相同的三维光刻胶微结构。
如图3所示。
(3)微电铸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。
(4)模铸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。
MEMS工艺(7LIGA技术) ppt课件
• (2)对微结构的横向形状投有限制，横向尺 寸可小到0.5um加工精度可达0.1；
• (3)用材广泛，金属、合金、陶瓷、聚合物、 玻璃都可作为LIGA加工的对象；
• (4)与微电铸 、注塑巧妙结合可实现大批量
复制生产，成本低。
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LIGA 技术标准工艺
LIGA技术的四大工艺组成： • LIGA掩模板制造工艺 • X光深层光刻工艺 • 微电铸工艺 • 微复制工艺
• Micromechanical actuator (capacitive comb drive) made using LIGA process.
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LIGA pros and cons
• Pros
• • High aspect ratio microstructures can be built cheaply
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• x射线光刻
• 电铸是一种“通过在最终将与镀层分离的 基体或模具上进行电镀，进行工件复制生 产的一种工艺”。
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LIGA工艺
微电子工艺的两个主要的欠缺：
⑴几何深宽比低 ⑵要使用硅基底材料
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主要特点
与其他立体微加工技术相比：
• (1)可制作高度达数百至1000um，高宽比大 于200，侧壁平行线偏离在亚微米范围内的 三维立体微结构；
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显影和电镀
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微复制
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LIGA process
• Polymer material (PMMA) is exposed to X-rays through a shadow mask. Exposed regions are weakened and made soluble in suitable developer.
LIGA技术是微细加工的一种较理想新方法
微机电系统（MEMS）的一种制造工艺——LIGA技术1，简单介绍LIGA技术是微细加工的一种较理想的新方法.LIGA 是德文 Lithographie、Galvanoformung 和 Abfor-mung 三个词的缩写 , 是深度同步辐射X光光刻、电铸和塑铸工艺的相结合的一种工艺方法.下图为LIGA技术的基本原理图：2，工艺过程2. 1 深度同步辐射X光光刻利用深度同步辐射 X光光刻,将掩模吸收体图形转移到厚度近 1000μm 光刻胶层上, 利用适当显影液,溶去被照射部分,留下未受照射区原分子链结构。
2. 2 电铸利用光刻胶层下面的金属薄层作为电极进行电镀,将显影后的光刻胶所形成的三维立体结构间隙用金属填充,直至光刻胶上面完全覆盖了金属膜为止,形成一个与光刻胶图形互又补稳定的相反结构金属图形,这种金属微结构体就成为廉价的铸塑模子,以实现工业大规模生产。
2.3 塑铸由于深度同步辐射 X射线光刻是非常昂贵的一道工序,在大批量复制生产中,出于经济上考虑应尽量避免使用。
塑铸为大批量生产电铸产品,提供了塑料铸模。
经过金属注塑板上的小孔,将树脂注入到金属模具的腔体内,待树脂硬化以后,脱去模具就可以得到一个塑模微型结构,在塑铸完成的塑模微型结构上,再电铸所需要的产品结构，清除掉胶和注塑板，就可以得到三维立体金属结构器件。
3，优缺点：与传统微细加工方法相比, LIGA技术具有如下优点:1，可制造有较大高宽比的微结构。
(高深宽比是指宽度可小到亚微米量级，深度可达数百微米甚至毫米量级）2，取材广泛,可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等。
3，可以获得亚微米级精度的微结构;4，便于批量生产和大规模复制, 因而成本低廉价格便宜。
缺点：1，同步辐射X光的成本较高。
2，由于微结构尺寸很小，同时具有很大的高宽比，因此电镀要求较严格。
（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, 因此, LIGA 技术对电铸液的配方和电铸工艺都有特殊的要求。
LIGA技术简介
塑铸成形
高深宽比微结构
IBM公司研发的SU-8胶是一种负性胶, 即曝光时, 胶中含有的少量光催化剂( PAG) 发生化学反应, 产生一种强酸, 能使SU-8胶发生热交联。SU-8胶 具有高的热稳定性、化学稳定性和良好的力学 性能, 在近紫外光范围内光吸收度低, 整个光刻 胶层可获得均匀一致的曝光量。
SLIGA工艺加工流程图
6.M2LIGA技术
为了控制微结构的侧壁倾斜度，便于形成具有不 同倾斜度的斜面、锯齿、圆锥或圆台等微结构,日 本科研人员在 1999年提了M2LIGA技术。该技术 用移动掩模X光深度光刻代替了常规的静止掩模X 光深度光刻。 在光刻时X光掩模不是固定不动,而 是沿着与光刻胶基片平行的方向移动或转动。 改变掩模图形、掩模运动轨迹和速度，就可以形 成各种不同的微结构。
DEM工艺流程图：
低阻硅片
（保护侧壁）
(KOH)
DEM工艺流程
DEM微结构照片
5.SLIGA-技术
SLIGA技术是结合硅面加工技术和常规LIGA技术而 开发出的一种新工艺，在这个工艺中，牺牲层用于 加工形成与基片完全相连或部分相连或完全脱离的 金属部件。 SLIGA技术可以制造活动的微器件。 SLIGA与LIGA异同：在平面基板上布设一层牺牲层 材料，如聚酰亚胺、淀积的氧化硅、多晶硅或者某 种合适的金属等 （与电镀的材料相比，这些材料比 较容易被有选择地去除）然后在基片和牺牲层上溅 射一层电镀基底。
ser-LIGA
Laser-LIGA是W.Ehrfeld等人在1995年首次提出 并使用的，它是采用波长为193nm的ArF准分子 激光器直接消融光刻PMMA光刻胶来取代X射线 光刻工序,其精度为微米级,深宽比适中（<10）
Laser-LIGA的主要工艺过程：
LIGA原理介绍
浅谈LIGA及相关技术
SLIGA
机电工程学院
浅谈LIGA及相关技术
Like-LIGA
准LIGA 技术是利用常规光刻机上的深紫外光对 厚胶或光敏聚酰亚胺光刻, 形成电铸模,结合电 镀、化学镀或牺牲层技术, 由此获得固定的或 可转动的金属微结构。它不需要象LIGA技术 所需的昂贵设备, 制作方便, 故将是影响下世纪 微机械加工的一项重要技术。
机电工程学院
Thank you for your attention.
机电工程学院
浅谈LIGAke工艺） DEM工艺
A：曝光
B：ICP
D：去硅 E：铸塑
C：电镀 衬底 掩膜 胶
金属 铸塑 材料
机电工程学院
浅谈LIGA及相关技术
LIGA不足：由于LIGA技术需要极其昂贵的X 射线光源和制作复杂的掩模板，使其工艺成 本非常高，限制该技术在工业上推广应用。
起分离层作用，故称其为牺牲层。
机电工程学院
浅谈LIGA及相关技术
工艺过程为：先在平面基板上布设一层牺牲 层材料，如聚酰亚胺、淀积的氧化硅、多晶硅或 者某种合适的金属等，与电镀的材料相比，这些 材料比较容易被有选择地去除。然后在基片和牺 牲层上溅射一层电镀基底，其后的工艺与常规 SLIGA工艺相同。在完成LIGA技术的微电铸工 艺之后将牺牲层去除，就可获得可活动的微结构。
特点：高深宽比（1微米宽，1000微米深） 1）需要功率强大的回旋加速器产生的软X射线作光源 2）掩膜版要求高、成本高 3）难于与IC集成制作
机电工程学院
浅谈LIGA及相关技术
1.深度X射线曝光 2.微电铸 3.模铸
机电工程学院
浅谈LIGA及相关技术
• 1）以同步加速器放 射的短波长（＜1nm） X射线作为曝光光源， 在厚度达0.5mm的光 致抗蚀剂上生成曝光 图形的三维实体；
liga技术
W. Ehrfeld et al., Microsystem technologies, 5, 105-112(1999)
Three-dimensional Microstructure
Intersection of three holes, Material: positive tone resist
微执行器
微型光谱仪
LIGA技术
LIGA实验线站
X射线光刻实验线站
The Radiation Spectra of Wiggler before and after filters
1E-3
Power (J/s/mrad/0.1%BW)
1E-4 1E-5
6T,150mA 100um Be 200um Be 500um PMMA 1000um PMMA
深度光刻掩模
深度光刻掩模 吸收体(金)： 15-20 μm 衬底(聚合物)：10μm-100 μm
亚微米光刻掩模 1-2 μm <1 μm
深度光刻掩模制作
深度光刻掩模制作
Intermediate Mask
Copy Intermediate Mask
光刻胶 电镀层
光刻胶 电镀层
掩模衬底
掩模衬底
光刻（PG, E-beam)
活动部件 衬底
微流量计
Ni
Height 230 μm
Diameter 200 μm
Gap
10 μm
Single irradiation
倾斜和旋转曝光
Double/Swivel irradiation
Mask Resist Substrate
Developed resist structure
先进制造技术--LIGA
1997年， 1mm电磁型 微马达原理性 样机
LIGA技术相关背景
常规的平面微细加工技术
LIGA技术
MEMS三种加 工工艺
超微高精密加工及装配技术
LIGA技术相关背景 常规的平面微细加工技术弱点： 材料受限制 厚度薄1～3μm 只有二维
LIGA技术及工艺流程 LIGA技术简介: 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。
LIGA优缺点
LIGA技术应用举例
1.微型齿轮
LIGA和准LIGA技术能够加工三维微比可达100以上，且沿深度方向的直线性和垂直度非 常好，表面粗糙度可小于Ra0.1μm。
LIGA技术应用 2.微透镜阵列
微透镜列阵是由通光孔径微米级的 透镜组成的列阵，它不仅具有传统透 镜的聚焦、成像等基本功能，而且具 有单元尺寸小、集成度高的特点，使 得它能够完成传统光学元件无法完成 的功能，并能构成许多新型的光学系 统。
LIGA技术相关背景
微型机电系统（MEMS）：
微机电系统是指可批量制作的，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、通信和电源等于一体的微型器件或系统。 微马达是MEMS中的重要器件，是构成各种可动系 统的核心单元。
微型马达
1995年，2mm 电磁型微马达原 理性样机
LIGA技术应用
3.IC测试用探针
LIGA技术发展趋势
1、UV-LIGA技术 UV-LIGA技术是美国威斯康星大学Henry Guckle教授等人在1990年研究开发提出的,它 可以用于刻蚀适中厚度的光刻胶，节省成本。 UV-LIGA工艺实际上是用深紫外光的深度曝光 来取代LIGA工艺中的同步x 射线深度曝光。
MEMS制造技术之LIGA技术
MEMS制造技术之LIGA技术——摘录整理自《微纳米技术及其应用》，有删节 1.LIGA技术简介1986年德国W.Ehrfeld教授首先开发了进行三维微细加工最有前途的方法——LIGA技术。
LIGA一词来源德文缩写，LI（lithographie）为深度X射线刻蚀，G（galvanformug）为电铸成型，A（abformug）为塑料铸模，即深度X射线刻蚀、电铸成型、塑料铸模等技术的完美结合。
最近，德国美茵兹微技术研究所（IMM）发展了使用准分子激光烧蚀与LIGA 技术结合的新加工工艺。
日本先进制造开发协会在1992年建立LIGA技术委员会，其成员包括7家私人公司，3家国立实验室，一所大学和一个微机械中心。
在美国，LIGA技术得到威斯康星州立大学的Henry Guckel教授的大力推动。
而且Henry Guckel教授领导的研究小组对LIGA技术进行了改进，开发出了SLIGA技术。
目前，基于LIGA或准LIGA技术研究的成果有微型传感器（温度传感器和加速度传感器）、微电机、微型泵、集成光学和微光学元件、微型马达、涡轮机、微型喷嘴、微型滤波片、微型机械零件、微型医疗器件和装置、流体技术微元件、纳米技术原件及系统。
LIGA技术是微细加工的一种新方法，主要工艺过程如下：1）、深度X射线刻蚀利用深度同步辐射X射线在数百微米厚的光刻胶上刻蚀出较大深宽比的光刻胶图形，高深宽比一般达到100.2）、电铸成型及制模利用光刻胶层下面的金属膜层作为电极进行电铸，将显影后的光刻胶所成型的三维立体结构间隙用金属填充，直到光刻胶上面完全覆盖金属为止，形成一个与光刻胶形状互补稳定的相反结构图形。
此金属结构可作用最终产品，也可以作为批量复制的模具。
3）、铸模复制（塑铸）由于深度同步辐射X射线光刻的代价大，制作X光刻掩膜也并不简单，所以在批量生产中采用子母模的办法。
塑铸为大批量生产电铸产品提供了塑料铸模。
将去掉基板和光刻胶的金属模壳附上带有注入小孔的金属板，从注入孔向模腔中注入塑料，然后去掉模壳。
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2.深等离子体刻蚀(deep plasma etching)
一般用Si做为刻蚀微结构的加工对象,也即高深宽 比硅刻蚀。 优点：各向异性刻蚀速率比大，刻蚀速率大,且系 统结构简单。 缺点：硅材料本身较脆,需要将加工了的硅微结构 作为模具,对塑料进行模压加工,再利用塑料微结构 进行微电铸后,才能用得到的金属模具进行微结构 器件的批量生产。或者直接从硅片上进行微电铸, 获得金属微复制模具。
PMMA光刻胶刻蚀深度和X射线波长的关系，当波长 小于0.3nm时，可以得到深度500微米的结构
LIGA技术的优点:
( 1) 深宽比大, 准确度高。所加工的图形准确度小于 0. 5微米, 表面粗糙度仅10nm, 侧壁垂直度>89. 9°, 纵向高度可500微米以上; ( 2) 用材广泛。从塑料( PMMA、聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯等) 到金属( Au, Ag, Ni, Cu) 到陶瓷( ZnO2) 等, 都可以用LIGA技术实现三维微结构; ( 3) 由于采用微复制技术, 可降低成本, 进行批量生 产。
Laser-LIGA工艺加工出的微结构电镜照片
4.DEM技术
DEM技术是由上海交通大学和北京大学开发出的具 有自主知识产权的准 LIGA技术(DEM:deepetching， electro-forming，microreplication)
该技术用感应耦合等离子体ICP深层刻蚀工艺来代替 同步辐射X光深层光刻，然后进行后续的微电铸和 微复制的工艺
MEMS工艺LIGA技术及其应用
梁美彦
典型MEMS器件——硅微马达器
一. •LIGA技术 二. •准LIGA技术 三 •总结
一、LIGA技术：
LIGA一词来源于德语Lithographie, Galvanoformung 和Abformung 三个词语的缩写, 表示深层光刻、电 铸、注塑三种技术的有机结合。
LIGA技术的出现基于以下观点: ( 1) 在金属化的衬底上形成厚光刻胶技术是可行的; ( 2) 强X光束光刻形成侧壁垂直的凹口; ( 3) 凹口可以用电镀金属填充。
LMMA光刻胶
电铸成形 注塑成形 高深宽比结构
LIGA技术的基本原理图
LIGA技术应用 微齿轮（sandia国家实验室）
SLIGA工艺加工流程图
6.M2LIGA技术
为了控制微结构的侧壁倾斜度，便于形成具有不 同倾斜度的斜面、锯齿、圆锥或圆台等微结构,日 本科研人员在 1999年提了M2LIGA技术。该技术 用移动掩模X光深度光刻代替了常规的静止掩模X 光深度光刻。 在光刻时X光掩模不是固定不动,而 是沿着与光刻胶基片平行的方向移动或转动。
SU-8胶
优点：形成图形结构复杂、深宽比大、侧壁陡峭
的微结构。SU-8胶在X光辐照下无膨胀、龟裂等 现象，对X光的灵敏度比PMMA高几百倍
缺点：是存在张应力,以及烘烤量大时在工艺的后
段难以除去。
烘烤温度和时间取决于光刻胶的厚度。但是为了获得 无龟裂的光刻胶,其温度一般不能超过120℃
紫外光曝光SU-8胶得到的光刻胶图形照片
ser-LIGA
Laser-LIGA是W.Ehrfeld等人在1995年首次提出 并使用的，它是采用波长为193nm的ArF准分子 激光器直接消融光刻PMMA光刻胶来取代X射线 光刻工序,其精度为微米级,深宽比适中（<10）
Laser-LIGA的主要工艺过程：
研磨到标准厚度
Laser-LIGA工艺流程图
LIGA的缺点： （1）成本昂贵（X光源需要昂贵的加速器） （2）用于X光光刻的掩膜板本身就是3D微结构，复 杂，周期长
二、准LIGA技术
1.UV-LIGA
紫外光源对光刻 胶曝光, 光源来 自于汞灯, 所用 的掩膜板是简单 的铬掩膜板。其 原理步骤如图所 示。对于UVLIGA适用光刻 胶较多的是SU-8 胶
研究背景：
20世纪60年代初, 德国的Karlsruhe原子能研究中心 致力于开发一项技术, 即用气体弯曲喷射的离心力 方法处理六氟化铀和轻的辅助气体, 从而分离出铀 同位素。为了提高这个方法的效率, 需要将分离喷 嘴的相关结构尺寸缩小到几个微米的尺度, 这促使 了LIGA技术的开发研究。
20世纪70年代末由Karlsruhe原子能研究中心的Ehrfeld 教授开发了LIGA技术.
Fresnel波带片
LIGA技术之所以能实现高深宽比的三维微结构, 其 关键是深层光刻技术。实现高深宽比、纵向尺寸 达到数百微米的深度刻蚀, 并且侧壁垂直、光滑。
1.同步辐射X光：高强度、平行性好的光源， 这样 的光源只有用同步加速辐射的方法才能得到。 2. PMMA：用于LIGA技术的抗蚀剂必须有良好的 分辨力、机械强度、低应力, 同时还要与基片粘附 性好。用于深层X光光刻的光刻胶一般用综合性能 良好的有机聚合物聚甲基丙烯酸甲酯Poly( methylmethacrylate)-PMMA。PMMA是正性 光刻胶, 有很好的透光性。
常规紫外光 标准铬掩膜板 聚酰亚胺光刻胶
电铸成形 塑铸成形 高深宽比微结构
230nm紫 外光可对 PMMA可 以曝光但 是深度只 达4微米 ！
IBM公司研发的SU-8胶是一种负性胶, 即曝光时, 胶中含有的少量光催化剂( PAG) 发生化学反应, 产生一种强酸, 能使SU-8胶发生热交联。SU-8胶 具有高的热稳定性、化学稳定性和良好的力学 性能, 在近紫外光范围内光吸收度低, 整个光刻 胶层可获得均匀一致的曝光量。
DEM工艺流程图：
（保护侧壁）
(KOH)
低阻硅片
DEM工艺流程
DEM微结构照片
5.SLIGA-技术
SLIGA技术是结合硅面加工技术和常规LIGA技术而 开发出的一种新工艺，在这个工艺中，牺牲层用于 加工形成与基片完全相连或部分相连或完全脱离的 金属部件。
SLIGA技术可以制造活动的微器件。
SLIGA与LIGA异同：在平面基板上布设一层牺牲层 材料，如聚酰亚胺、淀积的氧化硅、多晶硅或者某 种合适的金属等 （与电镀的材料相比，这些材料比 较容易被有选择地去除）然后在基片和牺牲层上溅 射一层电镀基底。