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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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