LIGA技术、准LIGA微加工技术及其应用.pdf

192 2003年中国机械工程学会年会 LIGA技术、准LIGA微加工技术及其应用+ 陈迪蔡炳初 (上海交通大学微纳米科学技术研究院上海200030) 点，以及在光学和光通讯、生命科学和医学、化学、微机械等领域中的应用。 关键词：LIGA技术准LIGA技术 0前言 20世纪90年代大规模集成电路技术的惊人发展引起的信息革命冲击着社会的各个领域。 在微电子技术的启发下，人们设想将微传感器、微处理器、微执行器等集成在一个极小的几何 electromechanical 空间内组成微型机电系统(Micm systems，MEMS)，从而能像集成电路一样大 批量、廉价生产微型机械及电气控制系统。微型机电系统一问世就在医疗、生物、精密仪器、 环境保护、航空航天、通讯、军事等领域获得了广泛的应用前景。该项技术的实现，势必带来 空前的产业革命。 目前国际上用于制造微型机电系统的微加工技术主要有二种工艺路线。第一种工艺是采 用常规的硅微加工技术，包括表面硅微加工技术和体硅微加工技术。目前在该技术领域积累 了丰富的经验，其工艺已相当成熟，利用该技术在国内外已成功地研制出部分MEMS器件， 如加速度传感器、压力传感器和微陀螺等，但该加工技术只能加工硅材料。第二种工艺是采 用LIGA技术，该技术的优点是它能制造三维微结构器件，获得的微器件具有较大的高深宽 比和精细的结构，侧壁陡峭、表面平整。微器件的厚度可达毫米量级，还可以得到活动的微 器件，而且也不受器件材料的限制，可以是高分子材料、各种金属或陶瓷，并且可以利用微 复制技术进行微器件的大批量生产。因此LIGA技术是制造微型机电系统的微细加工工艺中 一个最重要组成部分，它无法由其他微加工技术所取代。 1 LIGA技术简介 刻、微电铸和微复制工艺的完美结合。20世纪80年代由德国卡尔斯鲁尔核研究中心开发而成”1， LIGA技术自从20世纪80年代开发出来以后，发展非常迅速，在德国、美国和日本都开展了 该技术领域的研究工作”一。LIGA技术是一种利用同步辐射x射线制造三维微器件的先进制 造技术。它由x光掩模板制各、同步辐射x光光刻、微结构模具微电铸和微复制工艺组成， 用LIGA技术可以进行微器件的大批量生产。 图1是LIGA技术的工艺路线图。LIGA技术的第一步是x光掩模板制各。x光掩模板必 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。由于最初无厚胶光 ·科技部863资助项目(2002AA404150、 微纳制造技术应用研讨会 193 刻工艺，需要首先用电子束刻蚀工艺制各金吸收体厚度为lum的过渡掩模板，然后采用同步 辐射x光光刻工艺制各金吸收体厚度为10um的LIGA掩模板，目前用厚胶工艺可以直接制各 L1GA掩模板，透x光薄膜由聚酰亚胺、钛、镀、氮化硅、金刚石和石墨等材料组成。 —t t L．．A—L--．2-．～X光掩模板 x光光刻胶 基板 同步辐射x光光刻 趟铸避 微复制 塑料 产品 图1 LIGA技术的工艺路线图 LIGA技术的第二步是x光深层光刻工艺。由于光刻的厚度要达到几百微米．用一般的x 光光源需要很长的曝光时间，而同步辐射的x光光源 强度是普通x光的几十万倍，这样就可以大大缩短曝 光时间。目前较为理想的x光光刻胶是PMMA基聚合 物。由于要显影高深宽比的微结构，需要采取各种方 法来提高显影速度，减少显影时间。以避免光刻胶产 生裂