LIGA技术
LIGA技术简介.ppt
2.深等离子体刻蚀(deep plasma etching)
一般用Si做为刻蚀微结构的加工对象,也即高深宽 比硅刻蚀。 优点：各向异性刻蚀速率比大，刻蚀速率大,且系 统结构简单。 缺点：硅材料本身较脆,需要将加工了的硅微结构 作为模具,对塑料进行模压加工,再利用塑料微结构 进行微电铸后,才能用得到的金属模具进行微结构 器件的批量生产。或者直接从硅片上进行微电铸, 获得金属微复制模具。
PMMA光刻胶刻蚀深度和X射线波长的关系，当波长 小于0.3nm时，可以得到深度500微米的结构
LIGA技术的优点:
( 1) 深宽比大, 准确度高。所加工的图形准确度小于 0. 5微米, 表面粗糙度仅10nm, 侧壁垂直度>89. 9°, 纵向高度可500微米以上; ( 2) 用材广泛。从塑料( PMMA、聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯等) 到金属( Au, Ag, Ni, Cu) 到陶瓷( ZnO2) 等, 都可以用LIGA技术实现三维微结构; ( 3) 由于采用微复制技术, 可降低成本, 进行批量生 产。
Laser-LIGA工艺加工出的微结构电镜照片
4.DEM技术
DEM技术是由上海交通大学和北京大学开发出的具 有自主知识产权的准 LIGA技术(DEM:deepetching， electro-forming，microreplication)
该技术用感应耦合等离子体ICP深层刻蚀工艺来代替 同步辐射X光深层光刻，然后进行后续的微电铸和 微复制的工艺
MEMS工艺LIGA技术及其应用
梁美彦
典型MEMS器件——硅微马达器
一. •LIGA技术 二. •准LIGA技术 三 •总结
一、LIGA技术：
LIGA一词来源于德语Lithographie, Galvanoformung 和Abformung 三个词语的缩写, 表示深层光刻、电 铸、注塑三种技术的有机结合。
LIGA技术简介
1.同步辐射X光：高强度、平行性好的光源， 这 样的光源只有用同步加速辐射的方法才能得到。
2. PMMA：用于LIGA技术的抗蚀剂必须有良好的 分辨力、机械强度、低应力, 同时还要与基片粘附 性好。用于深层X光光刻的光刻胶一般用综合性能 良好的有机聚合物聚甲基丙烯酸甲酯Poly( methylmethacrylate)-PMMA。PMMA是正性
DEM工艺流程图：
金品质•高追求 我们让你更放心！
返回
◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆
低阻硅片
（保护侧壁）
(KOH)
金D品E质M•高工追艺求流程 我们让你更放心！
返回
◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆
DEM微结构照片
金品质•高追求 我们让你更放心！
返回
◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆
紫外金光品曝质•光高S追U求-8胶得我们到让的你光更刻放胶心图！ 形照片 返回
◆语文•选修\中国小说欣赏•(配人教版)◆
2.深等离子体刻蚀(deep plasma etching)
一般用Si做为刻蚀微结构的加工对象,也即高深宽 比硅刻蚀。
优点：各向异性刻蚀速率比大，刻蚀速率大,且系 统结构简单。
缺点：硅材料本身较脆,需要将加工了的硅微结构 作为模具,对塑料进行模压加工,再利用塑料微结构 进行微电铸后,才能用得到的金属模具进行微结构 器件的批量生产。或者直接从硅片上进行微电铸, 获得金属微复制模具。
( 1) 深宽比大, 准确度高。所加工的图形准确度小于 0. 5微米, 表面粗糙度仅10nm, 侧壁垂直度>89. 9°, 纵向高度可500微米以上;
( 2) 用材广泛。从塑料( PMMA、聚甲醛、聚酰胺、 聚碳酸酯等) 到金属( Au, Ag, Ni, Cu) 到陶瓷( ZnO2) 等, 都可以用LIGA技术实现三维微结构;
liga技术
W. Ehrfeld et al., Microsystem technologies, 5, 105-112(1999)
Three-dimensional Microstructure
Intersection of three holes, Material: positive tone resist
微执行器
微型光谱仪
LIGA技术
LIGA实验线站
X射线光刻实验线站
The Radiation Spectra of Wiggler before and after filters
1E-3
Power (J/s/mrad/0.1%BW)
1E-4 1E-5
6T,150mA 100um Be 200um Be 500um PMMA 1000um PMMA
深度光刻掩模
深度光刻掩模 吸收体(金)： 15-20 μm 衬底(聚合物)：10μm-100 μm
亚微米光刻掩模 1-2 μm <1 μm
深度光刻掩模制作
深度光刻掩模制作
Intermediate Mask
Copy Intermediate Mask
光刻胶 电镀层
光刻胶 电镀层
掩模衬底
掩模衬底
光刻（PG, E-beam)
活动部件 衬底
微流量计
Ni
Height 230 μm
Diameter 200 μm
Gap
10 μm
Single irradiation
倾斜和旋转曝光
Double/Swivel irradiation
Mask Resist Substrate
Developed resist structure
MEMS制造技术之LIGA技术
MEMS制造技术之LIGA技术——摘录整理自《微纳米技术及其应用》，有删节 1.LIGA技术简介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。
LIGA一词来源德文缩写，LI（lithographie）为深度X射线刻蚀，G（galvanformug）为电铸成型，A（abformug）为塑料铸模，即深度X射线刻蚀、电铸成型、塑料铸模等技术的完美结合。
最近，德国美茵兹微技术研究所（IMM）发展了使用准分子激光烧蚀与LIGA 技术结合的新加工工艺。
日本先进制造开发协会在1992年建立LIGA技术委员会，其成员包括7家私人公司，3家国立实验室，一所大学和一个微机械中心。
在美国，LIGA技术得到威斯康星州立大学的Henry Guckel教授的大力推动。
而且Henry Guckel教授领导的研究小组对LIGA技术进行了改进，开发出了SLIGA技术。
目前，基于LIGA或准LIGA技术研究的成果有微型传感器（温度传感器和加速度传感器）、微电机、微型泵、集成光学和微光学元件、微型马达、涡轮机、微型喷嘴、微型滤波片、微型机械零件、微型医疗器件和装置、流体技术微元件、纳米技术原件及系统。
LIGA技术是微细加工的一种新方法，主要工艺过程如下：1）、深度X射线刻蚀利用深度同步辐射X射线在数百微米厚的光刻胶上刻蚀出较大深宽比的光刻胶图形，高深宽比一般达到100.2）、电铸成型及制模利用光刻胶层下面的金属膜层作为电极进行电铸，将显影后的光刻胶所成型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金属为止，形成一个与光刻胶形状互补稳定的相反结构图形。
此金属结构可作用最终产品，也可以作为批量复制的模具。
3）、铸模复制（塑铸）由于深度同步辐射X射线光刻的代价大，制作X光刻掩膜也并不简单，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。
将去掉基板和光刻胶的金属模壳附上带有注入小孔的金属板，从注入孔向模腔中注入塑料，然后去掉模壳。
liga工艺技术制造微器件的原理和方法
1. liga工艺技术的原理liga工艺技术是一种微纳加工技术，它的名称来源于德文单词“Lithographie, Galvanoformung, Abformung”。
这种技术是利用光刻和电镀的原理，通过模板制作微型结构件。
通过光刻技术将所需结构图案设计在光刻胶上，然后用化学腐蚀或蚀刻的方法，在光刻胶上形成微细结构。
接下来，在这些微细结构上进行金属电镀，最终得到微器件。
liga工艺技术的原理可以概括为：光刻-腐蚀-电镀-脱模。
2. liga工艺技术的方法liga工艺技术的方法主要分为几个步骤：首先是光刻，即将待制作的结构图案设计在光刻胶上，然后暴光、显影形成微细结构。
接着是腐蚀，利用蚀刻液将光刻胶外露的部分蚀刻掉，得到所需的微细结构。
最后是电镀，将金属沉积到蚀刻后形成的微细结构上，形成微器件。
这些步骤都需要严格的工艺控制和精密的设备，以确保所制作的微器件质量和精度。
3. liga工艺技术在微器件制造中的应用liga工艺技术在微器件制造中有着广泛的应用。
在微机电系统（MEMS）中，liga工艺制作的微结构可以用于传感器、微泵、微阀等微器件的制造。
在光学领域，liga工艺制作的微透镜、光栅等微结构可以用于激光加工、光通信等领域。
在生物医学领域，liga工艺技术也可以制作微流体芯片、微针等微器件，用于生物分析和药物传输等应用。
4. 个人观点和理解作为一种高精度的微纳加工技术，liga工艺技术在现代科技领域的应用非常广泛，对促进微器件的发展具有重要意义。
通过liga工艺技术制作的微结构件具有精度高、成本低、批量生产等优点，为微纳系统、光学器件、生物医学器件等领域的发展提供了重要支持。
我认为，随着科技的不断进步和应用领域的拓展，liga工艺技术必将发挥更大的作用，为人类社会带来更多的创新和发展。
总结回顾在本文中，我们从liga工艺技术的原理和方法入手，深入探讨了它在微器件制造中的应用，并共享了个人观点和理解。
MEMS工艺(7LIGA技术)
LIGA vs. Si micro-lithography
Micromolding of nanocomposites
• Fabricate high aspect ratio micromolds with LIGA. • Develop nanocomposite formulation amenable to micromolding. • Fabricate micromolds on functional substrates such as silicon and alumina.
LIGA 技术标准工艺
LIGA技术的四大工艺组成：
• LIGA掩模板制造工艺
• X光深层光刻工艺
• 微电铸工艺
• 微复制工艺
LIGA掩模板制造工艺
• LIGA 技术的第一步是制造LIGA专用的X光 掩模板，LIGA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LIGA掩模板要求阻挡层的侧壁垂直， 用普通的微加工工艺无法达到，所以LIGA 掩模板需要用LIGA技术来完成。
LIGA process
• Microfluidic device made using LIGA process. Note the rough surface due to lack of planarization (polishing). • Micromechanical actuator (capacitive comb drive) made using LIGA process.
在阳极上H+生成H2 的化学反应如下：
电镀与电铸
• 电铸的定义为：用电化学沉积的方法在芯 模上沉积金属，然后将两者分离来制取零 件的加工工艺，其基本原理与电镀相同， 电铸与电镀的区别在于，电镀的镀层厚度 很小，一般只有7～50μm，而电铸形成的 是具有一定形状与厚度的三维结构，其厚 度最大可达到1mm以上；电镀多用于结构 零件的防护与精饰，而电铸通常用于将芯 模的图形结构加以完整的复制。
LIGA技术简介
LIGA技术简介LIGA是德文（Lithographie GaVanoformung Abformung）之缩写，译成英文则为Lithogrophy electroforming micro molding 译成中文则为X光光刻，微电铸，微成形也就是X 光深刻精密电铸模造成形，通常简称为深刻电铸模造。
LIGA制程源自德国核能研究所，1980年初期所发展出来用以制造微结构的技术。
它结X-Ray深刻术（Decp X-Ray Lithography）电铸翻模（Micro Electroform ing）及精密射出（Micro-Injection）热压成型（Micro-Embossing）技，适合量产高深宽比（Aspect Ratio）低表面粗糙度（Sub μm）拜直侧壁的微结构，且材料的应用范围广泛，可制造金属及塑料的微结构。
这些技术的特点使得LIGA被公认为最具有技术潜力开发高深宽比，高精度之2D,3D微结构之件及微系统。
一、LIGA之技术领域LIGA之技术领域可分为三方面(1)Lithography （光刻）(2)Electro deposition （电气沉积）Electroforming （电铸）Electroplating （电镀）(3) Micro Molding （微成形）Micro injection molding （微射出成形）二、光刻（Lithography）1、光刻之定义光刻之定义，就是将掩膜（Photomark）上之图案（Pattem）转移至光阻（Photoresist）上面，由于光阻材料之正负性质不同，经显影（Develop）后，光阻图案会和光完全相同或呈互补。
2、光刻制程光刻制程可说是半导体制程之关键制程，其步骤如下：(1)表面清洗(2)涂底（Priming）(3)光阻覆盖(4)软烤(Soft bake) (5)曝光(6)烘烤(7)显影(8)硬烤如图（一）图（二）所示：表面清洗是去除芯片表面氧化物、杂质、油质及水分子涂底是在芯片表面涂上一层HMDS化合物，以增加光阻与表面的附着力光阻是一种感光材料，由感光剂（Sensitizer）树脂（Resin）及溶剂（Solvent）混合而成光阻应具备之特性：(1) 高光源吸收率(2)高分辨率(3)高无感度(4)抗蚀剂性(5)高附着性(6)低黏滞系数(7)高对比光阻材料有正负之分，正光阻受光照射后分子键被剪断(Chan scission)因而易溶于显影液(Developer)，因而负光阻分子键则会产生交互链台(cross linking) 因而难溶于显影液如图三所示：3、光刻曝光法技术光蚀刻光刻技术是用已制成图案之掩膜或光阻，选择性的保护工件表面后，以各种光源蚀刻除去未被掩膜或光阻色覆的部份，而得到欲加工之几何形状。
liga工艺技术
liga工艺技术Liga工艺技术指的是将多种金属材料通过微电子封装工艺加工成一体化的高可靠性零件的技术。
Liga工艺技术广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗仪器等领域，具有独特的优势和潜力。
Liga工艺技术最早在德国发展起来，Liga是德语Lithographie, Galvanoformung und Abformung的缩写，翻译成中文就是印刷、电镀和压模。
这项技术采用先进的光刻、电解沉积和热塑性高分子材料模压工艺，能够将金属材料制成复杂的结构，实现高精度的加工和零部件集成，提高产品的性能和可靠性。
Liga工艺技术的核心是通过光刻技术制作金属模板，并在模板上进行电解沉积，形成所需的金属结构。
这种光刻技术利用光敏树脂作为光刻胶，根据需求使用紫外线或激光器进行曝光，再通过化学反应来腐蚀或增加金属层厚度，最后将光刻胶去除，得到金属模板。
接着，将这个金属模板放入电解槽中，进行电解沉积，使金属填充模板的微小孔隙和缝隙。
最后，用热塑性高分子材料作为压模材料，将金属结构从金属模板中脱离，得到最终产品。
Liga工艺技术有以下几个优势。
首先，它可以实现微小结构的制造。
由于采用了光刻技术和电解沉积，可以制造出空间分辨率可达几纳米的微小结构，适应了现代微纳电子器件的发展需求。
其次，Liga工艺技术可以制造出高精度、高可靠性的产品。
由于采用了模板制备方法，形成了三维复杂的金属结构，避免了传统加工过程中的失真和偏差，提高了产品的准确性和稳定性。
再次，Liga工艺技术具有良好的适应性。
由于可以使用不同的金属材料和模板设计，可以制造出多种材质和形状的产品，适应了不同领域和应用的需求。
Liga工艺技术在航空航天、汽车制造、医疗仪器等领域有广泛的应用。
例如，在航空航天领域，Liga工艺技术可以制造出高精度的传感器和微型发动机零件，提高了航天器的性能和可靠性。
在汽车制造领域，Liga工艺技术可以制造出微型喷油器和涡轮增压器等关键部件，提高了汽车的燃烧效率和动力输出。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
? 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。
? 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。
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
Hale Waihona Puke 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。
? 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。
? 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。
? 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。
? 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。
? 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。
? 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。
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。