同步辐射-光刻微加工

LIGALIGA技术LIGA技术NSRLLIGA技术研究WhatisLIGAThesketchofDeepLithographyAccuracyofthestructuretransferduetoFresnelMeasurementofthelateral0.055/100Determinationoflightsource

15-20

1-2衬底(聚合物)：10m-100 <1

CopyIntermediate对Intermediatemasks

厚度：1-2

厚度：10-20ComparisonofmembranematerialsforX-rayComparisionofabsorbermaterialsforX-rayLIGA技术制作高质量和复PatterningAccuracyinSampleStructureinPMMA.CrackIMM80µmPMMAStructurePMMAStructureHeightSHADOWoverstructureSHADOW

MASKMASK((3mm100µmwide0PMMAStructureWidth(centered)3mm100µmwideJostGoettertetal.,Proc.OfTheInternationalMEMSWorkshop2001,StackedExposures-

Structureaccuracyoverstructureheight

WIGGLERWIGGLERStackStackHeight

LAYER LAYERPMMAPMMAPMMAPMMAPMMAPMMACC

LAYERCLAYERC Width2000AnnualReportofCAMD,StackedExposures-LayerLayerLayerLayer

E

cLayercStackStackheight

cLayercLayerLayerLayer0

ccEcc3k4k5k6k7k

LayerLayer9k2000AnnualReportofCAMD,ColumnswithextremeaspectDiameter:7m,Height:570m,Aspectratio:W.Ehrfeldetal.,Microsystemtechnologies,5,105-SelectionofMaterialscurrentlyusedforelectroformingofmicrostructureTestandTestandMouldNi,Ni-Ni-W,Co-X-rayNi-Pni-ActuatorNi-SensorNi-SacrificialCu,FunctionalAg,Au,Cu,Cr,ElectricalAu,SlideCu-Ni-Ag,SEMpicturesofmicrostructureSEMpicturesofmicrostructurePartsofaplanetaryMaterial:Ni- Material:Ni-W.Ehrfeldetal.,Microsystemtechnologies,5,105-Examplesforhotembossingofopticaly-splittersMouldinsertforanarraymultimodesplitters(Ni)

W.Ehrfeldetal.,Microsystemtechnologies,5,105-MicromixerfabricatedbyhotW.Ehrfeldetal.,Microsystemtechnologies,5,105-Three-dimensional Intersectionofthreeholes,Material:positivetone

generatedbypyrolysisofW.Ehrfeldetal.,Microsystemtechnologies,5,105-FlowchannelsofstaticmicromixersformicroreactiontechnologyMaterial:Ni Material:Ag W.Ehrfeldetal.,Microsystemtechnologies,5,105-活动部件

微流量230Diameter200 10倾斜和Single Mask Resist SubstrateDevelopedresistmetallicstructure倾斜和旋 SensorsandActuatorsA111(2004)TheRadiationSpectraofWigglerbeforeandafterfilters100umBe200umBe100umBe200umBe1000umPowerPower WavelengthExposuretimeanddoseDoseDoseExposure 3 1 Resist实验站主要主要技术0.20.730×80工作 倾 Theexposuredoseisolinesindifferentlithographydepths9875 105

50 0-0.25

0精度：<0.05m/1000

500 0

-0.2-0.15-0.1-

0.050.10.150.2

0-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.2 TheeffectofphotoneletronsproducedbySisubstrate 1mmABCABCB:线宽20m，高度800m，高宽比40C线宽40m，高度800m，高宽比20;EDED10m深800m的孔E:线宽10m 深度同步辐射光（m宽(m523GeometryofatiltilluminatedX-ray:误差误差<5不同线宽微结构电铸时传质的定性微结构电铸时传质的ImprovedplatingImprovedplatingRegular

platingImprovedplating

SPIE脱模过程造成的模 品典型缺陷，（a）边缘拉起，（b）边缘拔MEMS的尺寸效应及摩擦特32321212H1212K0.75211112

1/2K1/2r3/E 33000.41.7FH假设接触半径在0.1到0.01m之间，在随后的脱模0.45110<30MPa)，因此该粘着结点被剪切产生滑YuhuaGuo,etal.MicrosystemTechnology,13,411-

AFM探针实验测算材料间的粘着Themeasuredpull-offforces@DimensionPull-K,针直径:20)Frictionforcevs.appliedloadfortipsslidingonthePMMA(Mw:350K) YuhuaGuo,etal. 镍模具中的粘着力及其摩擦的脱模 Max:Max:13~28.7Max:(c)Max:YuhuaGuo,etal. 使用PTFE后的脱模模 (b)Max:Max:4.6~10.5Max:(c)Max:YuhuaGuo,etal. 1 脱模分离的关键瞬间，极大应力很可能造成边缘的2 使用低表面能的材料能够减小表面粘着力及其引起的摩擦，并减小应力范从而减小边缘破YuhuaGuo,etal. 降低界面能的材材表面ital.(Karlsruhe,1996)中被禁用局限性：前者PTFE易于脱落失效，后者在生中被禁用复合材料模具制

Ni-MoS2 Ni-(CF2-

ThefrictionCoefficientandtheVolumeofWearofNiandNi-MoS2fiincurrentVolumeof(10-302428221TheSEMimaginganddistributionpatternsofC,FandNiTheEnergyDispersiveX-ray051530 Ni-PTFENi-PTFEMicrosystemTechnologies11(2005)261-

NiNi热收缩应力的来1工艺

2热膨胀系数的不匹PMMA:1=7x10-5K-1,1=1*(T1-Nickel:2=1x10-5K-1,2=2*(T1-

3位置的相互束y1收缩方向y聚合物聚合物Ox

2 热收缩应thermal=f(o,,孤立结构的热应力计算(bydd=800dd=800

热应力对脱模的影1 对微结构图 而言，增加了缺陷形成的几率，如切根现2 对整个模压的聚合物片材而言，造成翘d=800 d=1

=200dd热应力阻隔器的设>0

YuhuaGuo.“Studyofthedemoldingprocess–implicationsforthermalstress,andfrictioncontrol”, Ni模具模

Ni&Ni-PTFE

7—7—7——Ni-PTFE模具7——压

影响连续模 的原 微细加工特点：加工形成的部件或结构的尺模型探针

Top-Bottom-微结构 方法形一般只能形成二维平面加工的是整个系统，不是单个设计：层与层之物理探非固态探针：聚焦离顺序加工平行加利用模 出相应的微结注模

低成本是一大类不同的工艺有不同的原工艺是个复杂加法和

光刻实际上是微细图

路材光刻的按图形产生方式分

光刻的按光源分

紫外300nm~450X光光刻0.2~2.0光离子束光光刻的接触 方式分类：接近

投影 1：1投缩小（分布重复式几 方接触 技接触 技术是传统 技术接近 技为了克服接触式容易损伤掩模的缺点，使掩模与在这种情况下 的可分辨的最小线宽式中S是掩模版与基片的是理想的平面，在接触式中掩模与基片总有一定间投影 技 投影方式：1：1缩小投影时，掩模与基片同步移动，经过多次分布重复把整个基片完毕，因此也称为分布重复投影或步进缩小投影。缩小倍数：2.5,5,10.焦对光源光强分布不同光源光强分布及 KrF:248nm,NA:0.7ArF:193nm,NA:0.75相干度

Wavelength:248nmNA:0.7相干一般用Reyleigh判据来分析光刻光刻（空间）成像—rz 分辨率与那些因素有光刻（空间）成像—I(θ(

[2J1(x)]2

x2a x01.6352.2332.6793.2381000光刻（空间）成像—0.61aRayleigh聚焦光学

nsin投影聚焦光学系统分 0.61K1>0.61,

δ Hg灯g0.490.37Hg灯i0.30Hg灯iKrF0.25KrF激0.220.20ArF激0.16 T(x)TE(x)计量为:E(x) I(x)为光强，t 假设光刻胶初始厚度为T0,只有 度T(E)与T0有如下关系：T（E)ln[E0]

dTtan dTdTEtandT

dE

焦深对光刻精度DOF DOF

2

DOFk在不同离焦平面上点光源成像的光强分接近式光刻中，所用的光源一般有同步辐射光、灯产生的 Itot Icoh Icoh/Itot 瑞利-索末菲衍1U(P0)1

(1

e

光刻图形的光强 U(P)U*(P

1

cos(n,r01

t(x,y)2 rIP I

Iincohz2z20x)2(10y1z[1(

x1z

(

y1)2]1/z rz1

3

菲涅尔近似是取的前两项，忽略高次项，并假定cos(n,r01)1。这样的近似对掩模孔径大小，光刻胶内

j

e

j

ez

jk[(x0x1)2(y0y1)2e2 U(P)U*(P)

jk[(xx)2t(x,y)e2

(y0y1)2

z2

1

cos(n, )2

22

t(x,y)21

t(x,y)2z

200μm光刻胶内的衍射对1mX1mg=0 衍射对1mX1m衍射对2mX2mg=3m 衍射对2mX2m类菲涅尔菲涅尔近似要求cos(n,r01)1，分母中的r01Z,这就要求 1

cos(n,r01

t(x,y)2dxi2Iincoh i2

12

t(x,y z[(xxz

(i

y0)2z类菲涅尔exp(jkz1exp(jkz1

t(x1,y1

e( (

cos(n,r01exp(jkzexp(jkz1(xx)2(yy)2zi0i0[(

x0x1

y0y1

t(x1,y1

z(xz(xx)2(yy)2i0i0z

t(x,y)

xa

i

ya

ii)

x

ai2

y

2 类菲涅尔(0(0iII

U(P0)U*(P0Iii菲涅尔近似和类菲涅尔近似

菲涅尔近似和类菲涅尔近似

投影式k1

157nm，X射线DOF

2

分辨率增强技术（降低k1因子接近式W

增大NANA=nsin,n>1,光学掩模技光刻技术发展 0.13 248nm

193nm

157nmOpticalEUV(SoftX-raySCALPEL1997

1999

2001 2008 2011 2014投入生产间产特征光刻技光光光光下一光下一光下一光下一光 4实验站--- 装置和其它设备构图 装X光光刻X光光刻掩模的结构与紫外光刻掩模完全不支撑X射线掩模材吸收体图形材料AuPt(铂Ir(铱Os(锇 Ta(钽衬底SiBNSi3N4Al2O3

衍射 的影响（FresnelnumberW 为了获得清晰的掩模结构U03F衍射 W=0.25

W=0.20W=0.25g=5W=0.05g=2

W=0.25g=10mW=0.05g=3超分辨技模拟结果（长方形模拟结果（T形实验结优点及优越光刻技光源要求掩模要求：光刻胶要求图26.NSRL光刻光束线示图26.N