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标题: LIGA与准LIGA技术 [打印本页]

作者: 光电人 时间: 2010-10-19 09:56
标题: LIGA与准LIGA技术
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。

——LI，Lithographier，即深度X射线刻蚀；

——G，Galvanformug，即电铸成型；

——A，Abformug，即塑料铸膜。

LIGA技术是深度X射线刻蚀、电铸成型、塑料铸膜等技术的完美结合。LIGA工艺问世以来，被认为是最有前途的三维微细加工技术。

图1 LIGA技术典型工艺流程
（一）LIGA技术是微细加工的一种新方法，它的典型工艺流程如上图所示。

（1）深度X射线刻蚀：首先利用深度同步辐射X射线在数百微米后的PMMA光刻胶上刻蚀出较大深宽比的光刻胶图形，高宽比一般达到100。

（2）电铸成型及制膜：利用光刻胶层下面的金属膜作为电极进行电镀，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，直到光刻胶上面完全覆盖了金属为止，形成一个与光刻图形互补稳定的相反结构图形。

（3）注模复制（塑铸）

由于深度X射线光刻的代价太大，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。

（二）与传统微细加工方法比，用LIGA技术进行超微细加工有如下特点：

（1）可制造有较大深宽比的微结构；

（2）取材广泛，可以是金属、陶瓷、聚合物、玻璃等；

（3）可制作任意复杂图形结构，精度高；

（4）可重复复制，符合工业上大批量生产要求，成本低。

（三）LIGA技术的应用与发展

（1）德国美茵兹技术研究所（IMM）开发除使用准分子激光烧蚀与LIGA技术结合的新加工工艺。

（2）欧共体1992年启动一个称为MAXIMA多国协作研究项目，目标是研制一个三维集成加速度传感器。它是在X方向、Y方向由LIGA工艺制造的加速度传感器阵列，与在Z方向的硅加速度传感器阵列集成在同一硅片而成，是LIGA技术与硅微机械技术的完美结合。

（3）美国威斯康兴大学HenryGuckel教授领导的研究小组对LIGA技术进行了改进，开发出SLIGA技术。仅仅利用LIGA技术的典型工艺还不能制造出有活动要求的可动微结构。引入牺牲层腐蚀技术，可以大大拓宽LIGA技术应用零用，为任意几何形状可动的三维结构制作开辟了道路。

（4） 1995年上海交通大学利用LIGA技术研制出直径2mm的电磁微马达的样机。

（5）上海冶金所用一般厚正性光刻胶，深UV（紫外光）曝光的准LIGA技术，电铸厚的微结构可达10μm，而且零件表面光洁，侧面陡直。

（6）德国Microparts公司已获许应用LIGA技术制造下一代喷墨打印机的喷嘴。这种新型打印机将具有96nm-1分辨率，喷墨密度将是目前一代喷墨打印机的4倍。

（四）准LIGA技术

由于LIGA技术需要昂贵的深度同步辐射X射线光源和制作复杂的X光掩模，所以LIGA技术推广应用并不容易，而且与IC工艺不兼容。1993年Allen提出用光敏聚酰亚胺实现准LIGA技术。

准LIGA技术利用常规的紫外光光刻设备和掩模，制作高深比微金属结构的方法。准LIGA的工艺过程除了所用的光刻光源和掩模外，与LIGA工艺基本相同。用准LIGA技术既可以制造高深宽比的微机构，又不需要昂贵的同步辐射X射线源和特制的LIGA掩膜版，对设备的要求低得多；另外，它与集成电路工艺的兼容性也要好的多，因此，准LIGA技术得到了很大的发展。准LIGA工艺流程如图所示。

准LIGA工艺的工艺过程：

（a）紫外光光刻成模

（b）电铸或化学镀及制模

（c）塑铸

图2 准LIGA技术工艺流程图
（五）多层光刻胶工艺在准LIGA工艺中的应用

由于一般情况下用紫外光对光刻胶进行大剂量的曝光时，光刻胶不能太厚，而且显影后光刻胶图形的侧壁陡制度不好。为此，将多层光刻胶工艺应用于准LIGA技术上进行光刻，可以得到较高的光刻分辨率。多层光刻胶工艺有两种，如两层光刻胶工艺、三层光刻胶工艺等。其中，三层光刻胶工艺师应用最多的一种多层光刻胶工艺。

图1所示为三层光刻胶光刻工艺的流程：

（1）首先在硅衬底上涂敷较厚的下层光刻胶并进行烘干，

（2）然后在其上用PECVD方法或溅射、涂敷等方法形成中间介质层。

（3）由于表面已经相当平整，在中间介质层上只需涂敷较薄的上层光刻胶层，以提高光刻的分辨率，并进行前烘，形成三层结构。

（4）然后对上层光刻胶进行光刻，得到光刻后的图形。

（5）以上层光刻胶的图形作掩蔽，此采用RIE刻蚀下层光刻胶，从而实现光刻图形向下层光刻胶的转移。

图2是利用三层光刻胶工艺的准LIGA技术的工艺流程。

（1）在电镀基板上形成三层光刻胶结构，其中下层光刻胶厚度较大；

（2）利用图1所示的三层光刻胶工艺进行光刻，得到下层光刻胶的图形；

（3）利用RIE刻蚀中间介质层，从而得到适合进行电铸的结构；

（4）利用LIGA工艺中相应的电镀、制模、脱模、电铸等工艺步骤制作高质量低成本的微机械结构。

图3是利用准LIGA工艺制造的微电容加速度传感器的结构示意图。质量块用悬臂梁支持，并被固支在基片上，它可以在两个固定于基片的静电极之间摆动，从而与个静电极之间形成电容，电容量随着加速度大小的变化而变化。

图3 利用准LIGA工艺制造的微电容加速度传感器的结构示意图

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