LIGA技术中的X射线掩膜

　　一、引　　言

　　80年代中期由德国W.Ehrfeld教授及其同事创造的LIGA (德文LIghografie,Galvanofomung, Abformung缩写)技术被认为是进行三维微细加工最有前途的方法。它的出现大大拓展了同步辐射光刻的应用领域,在微细加工中获得了广泛迅速的发展。LIGA技术与传统的加工方法比较有用材广泛、加工精度高、可加工高深宽比的任意复杂图形,并且可以重复复制、批量生产、成本低等优点。可用以制成自由振动及转动的或具有电动功能的微结构。因此,在医疗、农业、航天、自动化及微电子方面均有十分广泛的应用前景。

　　LIGA技术包括深层同步辐射X射线光刻、电铸成型及塑铸等3个重要环节。而X射线掩膜技术是构成X射线光刻技术的主要内容之一。近来X射线掩膜技术正在迅速发展,各国均在集中力量研究X射线掩膜精度、抗辐射性及曝光过程中温升等问题。目前已研制出多种实用化的X射线掩膜。

　　二、基本原理及技术要求

　　X射线光刻掩膜技术是X射线光刻成功应用的关键之一。同步辐射X射线透过掩膜对厚X射线光刻胶进行曝光,然后对曝光后的光刻胶进行显影以制成初级模版。X射线的特性决定了X射线光刻掩膜技术与普通光学光刻掩膜的情况完全不同,它应具有对X射线足够高的反差(>10)。有两个重要的物理事实使X射线光掩膜的制作比光学光刻掩膜的制作困难得多:其一是目前找不到这样一种材料,使之可象光学掩膜上的Cr层吸收光一样,在很薄时就能完全吸收X射线;同时,也找不到象光学掩膜上光学玻璃一样的材料,使之在比较厚时能对X射线有很高的透过率。其二是X射线光学还未能实现一个X射线聚光镜系统,使曝光面得到均匀照射。因此,X射线光刻掩膜通常是由低原子序的轻元素材料形成的薄膜衬基及在其上面用高原子序的重元素材料制成的吸收体图形构成的。在材料的选用上应保证有尽量大的反差。

　　掩膜反差可表示为掩膜透明区和不透明区的透射系数比,即掩膜反差:

式中Ts——薄膜衬基的透射率

　　Ta——吸收体的透射率

　　由此可见,掩膜反差可简单地由吸收体的反差特性(Ca)决定,并等于吸收体透射率的倒数。对于同步辐射光源而言,它是一定波长范围内各种波长X射线作用的平均结果。总之,对于一个具体的掩膜,其衬基应满足:其一是在无劣化条件下对X射线有良好的透过率;其二是对可见光有良好的透明度以便于光学对准。吸收体应满足:其一是对X射线有较强的吸收能力;其二是吸收体内部应力小;其三是能对超微细图形进行高精度的加工等。

　　近年来国际上实验研究的X射线光刻掩膜衬基材料主要有Si、SixNy、SiC及以聚酰亚胺、聚酯树脂等为代表的高分子材料等。吸收体则常采用Au、Ta、W等。对于深层同步辐射X射线光刻其厚度要求在10μm左右。