LIGA技术
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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
? 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。
? 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。
? 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。
? 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。
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。
? 掩膜的载体薄片
? 掩膜的载体薄片要求有很高的 X射线透过率和一 定的强度。普通光学光刻中使用的掩膜载体，是 大约2mm厚的玻璃或石英片，它们对 X射线有较 强的吸收率，故不能使用。金属铍薄膜具有很高 的X射线透过率和一定的强度，是较理想的载体， 但铍不仅有毒而且价格昂贵。所以现在一般选用 钛薄膜做载体，但钛的 X射线透过率低于铍，故 必须减少载体薄膜的厚度。实际使用的钛膜厚度 为2-3μm，厚度很小，增加了制作难度。
? 微电铸的常用金属为镍、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。
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。
? 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。
? 掩膜的吸收体
? 在光学光刻中的使用的紫外线光，只要大约0.1μm厚 的Cr膜做吸收体就足够了。而X射线光刻的吸收体， 因要吸收强X射线，需要用高吸收系数的重金属，原 子量大的物质常被用作X 射线曝光的吸收体如Au。要 得到实施LIGA 工艺所需的X 射线吸收的最大合适值, Au 吸收体的厚度必须大于10μm。吸收体的厚度取决 于同步加速器辐射X射线的强度和被照射的光刻胶厚 度确定。
wenku.baidu.com
? 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。
? 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。
机械工程学院
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指导老师： 222 （教授）
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学生： 111
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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
? 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。
? 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。
? 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。
? 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。
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。
? 掩膜的载体薄片
? 掩膜的载体薄片要求有很高的 X射线透过率和一 定的强度。普通光学光刻中使用的掩膜载体，是 大约2mm厚的玻璃或石英片，它们对 X射线有较 强的吸收率，故不能使用。金属铍薄膜具有很高 的X射线透过率和一定的强度，是较理想的载体， 但铍不仅有毒而且价格昂贵。所以现在一般选用 钛薄膜做载体，但钛的 X射线透过率低于铍，故 必须减少载体薄膜的厚度。实际使用的钛膜厚度 为2-3μm，厚度很小，增加了制作难度。
? 微电铸的常用金属为镍、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。
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。
? 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。
? 掩膜的吸收体
? 在光学光刻中的使用的紫外线光，只要大约0.1μm厚 的Cr膜做吸收体就足够了。而X射线光刻的吸收体， 因要吸收强X射线，需要用高吸收系数的重金属，原 子量大的物质常被用作X 射线曝光的吸收体如Au。要 得到实施LIGA 工艺所需的X 射线吸收的最大合适值, Au 吸收体的厚度必须大于10μm。吸收体的厚度取决 于同步加速器辐射X射线的强度和被照射的光刻胶厚 度确定。
wenku.baidu.com
? 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。
? 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。