LIGA工艺及相关工艺技术.doc

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101000,应选用典型波长为 0.11nm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。与传统的其他微细加工工艺相比，LIGA技术的优点是：精度为亚微米级, 深宽比大，可达几百以上，且沿深度方向的直线性和垂直度非常好，可用材料的种类较多。缺点是：成本高，得到的形状是直柱状的，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。SLIGA技术 .SLIGA技术是H.Guckel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。即在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构（空腔或微结构件）。由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用，故称其为牺牲层。即利用LIGA技术和牺牲层技术制作的可动微型结构。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。如图是SLIGA技术工艺流程图。 图 4SLIGA工艺流程图典型准LIGA技术紫外光(UV) LIGA：紫外光源对光刻胶曝光，光源是汞灯，掩模板是简单的鉻掩膜板。工艺有2个主要的部分：厚胶的深层UV光刻和图形中结构材料的电镀。准LIGA工艺制成的金属微结构与Si结构相比,更具韧性,受温度影响小, 制作方便,设备成本低,适合于中小型工厂制作各种微结构, 因而发展十分迅速。其典型的工艺流程示于图5。 图5准LIGA工艺流程Laser-LIGA技术Laser-LIGA是W.Ehreld等人在1995年首次提出并使用的，它采用波