维普资讯hp/www.cyvip.com 第6卷第1期 光学与光电技术 Vol 6, No. 1 2008年2月 OPTICS & OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY February, 2008 文章编号:16723392(2008)01-008203 基于同步辐射光刻的三维微细加工方法 李以贵洞出光洋杉山进 (1上海交通大学微纳米科学技术研究院,上海200030;2日本立命馆大学微系统系,滋贺县草津市5258577) 摘要同步辐射光刻的三维聚甲基丙烯酸甲酯( Polymethyl Methacrylate,PMMA)微结构制造 对Ⅹ射线光刻掩膜板的吸收体形状和PMM∧所吸收的Ⅹ射线能量分布有直接影响,即三维 PMMA微结构形状取决于Ⅹ射线光刻掩膜板的吸收体形状。如果不对X射线光刻掩膜板进行 补偿,在被曝光的结构中可观察到结构侧面的变形。研究了引起这种结构侧面变形的各种原因 并提出Ⅹ射线剂量对刻蚀深度非线性曲线是最直接的原因。基于X射线光刻掩膜板图形形状 和实际制造的三维PMMA微结构的误差,X射线光刻掩膜板从双直角三角形变为双半圆图形 使得微注射针阵列的强度得到增强。为了量化实际制造的三维PMMA微结构的误差,給出了 Ⅹ射线吸收能量分布与微结构的结构形状数据。 关键词聚甲基丙烯酸甲酯;同步辐射;Ⅹ射线光刻;微结构;3-D结构 中图分类号TN305.7文献标识码A 1引言 0.95m。不通过样品台扫描获得曝光面积为30× 5mm2,通过样品台扫描获得曝光面积适合3in、4in 目前在微细加工领域中,将同步辐射深度Ⅹ基片曝光的要求。同时,可以实现倾斜曝光和多次 射线刻蚀电铸成型及塑铸等技术有机结合的LⅠ-对准曝光。目前已经获得同步光刻深度达到1 GA( Lithographic Galvanogormung Abformung)mm,最小线宽达到100mm,高宽比大于20。同时 技术倍受瞩目,该技术能够制造出高宽比大于通过移动曝光刻蚀出三维复杂结构,如图1所示。 500、厚度近10mm、结构侧壁平行度偏差在亚微扫描台速度2~20mm/s,扫描台速度均匀性<士 米级的三维立体结构2。日本立命馆大学已实现5%,扫描台旋转角度0°~90° 用于斜面自由曲面的微细三维加工LIGA技术 34。随着皮肤促渗性能研究的日益增多,微针促 Gate va Chamber 渗系统在提高皮肤渗透性上的优势日益突出,已 逐渐应用于透皮给药系统研究,尤其是大分子药 物的透皮给药研究,并获得了令人鼓舞的结果 本文研究了移动X射线光刻引起三维立体结构变 AURORA Be- window(200 u m) 形的各种原因并提出曲线掩膜图形补偿法来改善 Mask Moving stage 应用于透皮给药系统微针阵列的强度。 图1 AURORA LIGA光束线 2LIGA光束线 Fig 1 AURORA LIGA beam line LGA光束线用于LGiA技术及应用研究,获3实验 得三维大高宽比微结构。日本立命馆大学将同步3.1结构侧面变形的各种原因 辐射光“ AURORA”从阀门引出,利用两块200pm 1)物理因素:光刻胶的二次电子在X射线光 厚的铍窗进行真空隔离和滤波,波长范围0.15~刻工艺中,菲涅耳衍射和二次电子理论上对结构侧 收稿日期2007-06-21;收到修改稿日期2007-09-05 作者简介李以贵(1965-),男博士,教授,主要从事光学、微传感器和微驱动器的研究。E-mailyglic@situ.,edu.cn 国家自然科学基金(6077016资助项目第 6卷 第 1期 2008年 2月 光 学 与 光 电 技 术 OPTICS ＆ OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Vo1．6，No．1 February，2008 文章 编号 ：1672—3392(2008)01—0082—03 基 于 同步 辐射 光刻 的三维 微细加工 方 法 李以贵 洞 出光洋 杉山进 (1上海交通大学微纳米科学技术研究 院，上海 200030；2日本立命 馆大学微 系统系 ，滋贺县 草津市 525—8577) 摘要 同步辐 射 光刻 的三维 聚 甲基 丙烯 酸 甲 酯 (PolymethylMethacrylate，PMMA)微 结构制 造 对 X射 线 光刻掩膜 板 的 吸 收体 形状 和 PMMA 所 吸 收 的 X射 线 能量 分 布 有 直 接 影 响 ，即 三 维 PMMA微 结构 形状取 决 于 X射 线光 刻掩膜 板 的吸收 体形状 。如 果不 对 X射 线 光刻 掩膜 板进 行 补偿 ，在被曝 光 的结构 中可观 察到 结构侧 面 的 变形 。研 究 了引起 这种 结构侧 面 变形 的各 种 原 因 并提 出 X射 线剂 量对 刻蚀 深 度非 线性 曲线 是 最直 接 的原 因。基 于 X射 线光 刻掩 膜 板 图形 形状 和 实际制造 的三 维 PMMA微 结构 的误 差 ，X射 线 光 刻掩 膜 板 从 双 直 角三 角形 变 为双 半 圆图形 使得微 注射针 阵列的 强度 得到 增 强 。为 了量 化 实际制 造 的 三 维 PMMA 微 结构 的 误 差 ，给 出了 X射 线吸 收能 量分 布与微 结构 的结构 形状数 据 。 关键词 聚 甲基 丙烯酸 甲酯 ；同步辐射 ；X射 线光 刻 ；微 结构 ；3一D 结构 中图分 类号 TN305．7 文献 标识 码 A 1 引 言 目前在微细加工领域 中，将 同步辐射 深度 X 射线刻蚀电铸成型及塑铸等技术有机结合 的 LI— GA (Lithographic Galvanogorm ung Abform ung) 技 术倍 受 瞩 目，该技 术 能够 制造 出 高宽 比大 于 500、厚度近 10mm、结构侧壁平行度偏差在亚微 米级的三维立体结构l】]。日本立命馆大学 已实现 用于斜 面 自由曲面 的微 细三维 加工 IAGA 技 术 [3 ]。 随着皮肤促渗性能研究的 日益增多 ，微针促 渗系统在提高皮肤渗透性上的优势 日益突 出，已 逐渐应用于透皮给药系统研究 ，尤其是大分子药 物 的透皮 给药研 究，并 获得 了令人鼓舞 的结果 。 本文研究 了移动 X射线光刻引起三维立体结构变 形 的各种原因并提 出曲线掩膜 图形补偿法来改善 应 用于 透皮 给药系统 微针 阵列 的强度 。 2 LIGA光束线 LIGA光束线用于 LIGA技术及应用研究，获 得三维大高宽 比微结构 。日本立命馆大学将 同步 辐射光“AURORA”从阀门引出，利用两块 200p．m 厚 的铍 窗进行 真 空 隔 离 和 滤 波 ，波 长 范 围 0．15～ 0．95nm。不通过样 品台扫描 获得 曝光 面积为 30× 5ITIIll2，通过样品台扫描获得曝光面积适合3in、4in 基片曝光 的要求。同时 ，可以实现倾斜曝光和多次 对 准 曝 光 。 目前 已经 获 得 同 步 光 刻 深 度 达 到 1 mm，最小 线宽 达到 100nm，高 宽 比大 于 20。 同时 通过移动曝光刻蚀 出三维复杂结构 ，如 图 1所示 。 扫 描 台速 度 2～2Omm／s，扫描 台速 度 均匀 性 < ± 5 ，扫描台旋转角度 0。～90。。 AUR0RA LIGA光束线 AUR0RA LIGA beam line 3．1 结 构侧面 变 形的各种 原 因 1)物理因素 ：光刻胶的二次电子在 X射线光 刻工艺中，菲涅耳衍射和二次电子理论上对结构侧 收稿 日期 2007—06—21； 收到修改稿 日期 2007—09—05 作者简介 李以贵(1965一)，男 ，博士，教授，主要从事光学、微传感器和微驱动器的研究。E-mail：ygli@sjtu．edu．cn *国家 自然科学基金(60777016)资助项 目 1图l隐 验 实 0 ．) 维普资讯 http://www.cqvip.com