CN101393390A - 移动样品平台实现pmma三维微加工的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微制造领域的移动样品平台实现PMMA三维微加工的方法。X射线束依次通过X光过滤器、X光掩膜版然后照射到样品上，样品平台固定样品且可以实现二维的平动。利用一块掩模版，通过移动样品台和改变停留在不同位置的时间来精确控制曝光时间，从而控制X射线在不同位置的入射总量。不同位置X射线曝光量不同，从而使得不同位置的PMMA刻蚀深度不同，得到由深度不同的部分构成的三维立体上窄下宽的PMMA结构。本发明仅仅通过控制X射线曝光量和移动样品平台就能得到深度不同的结构，克服了采用倾斜样品制造方法中装置的复杂性和成本高、改变掩膜间距离方法中的三维图形简单的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电子制造技术领域的加工的方法，特别涉及一种移动样品平台实现PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)三维微加工的方法。
背景技术
微构件对于器件小型化的趋势有着重要的意义。微构件的曲面加工对于MEMS器件的性能和三维结构起着非常关键的作用，很多微光学器件需要曲面加工，将会提高它们的性能。因此需要发明一种方法来制造具有可控深度(曲面)的微构件。另一方面，为了掌握在微构件在三维情况下的失效行为，需要大量具有不同深度和宽度的圆柱体式样，来进行一系列的压力试验。现有的技术一般是采用刻蚀的方法来制造这样的圆柱体样品，用这种方法要获得不同的深宽比的样品，需要分别在不同的硅片上改变刻蚀时间来获得，对于需要大量深度不同样品的情况，成本比较高。并且刻蚀本身耗时多。因此有必要发明一种快速经济地制造这样的试验样品的方法。
经对现有技术的文献检索发现，F.Munnik等在《MicroelectronicEngineering》(微电子工程)2003年67-68卷96-103页上发表的“Highaspect ratio，3D structuring of photoresist materials by ion beam LIGA”(利用离子束LIGA制造高深宽比、三维结构的光刻材料)，该文中提出利用离子束加工三维结构。具体方法为：利用高速质子束轰击加工样品材料，加工的深度可以通过改变离子束的能量来变化，形成图形的倾斜角度可以通过改变样品材料与质子束间的角度来实现，可以实现加工较复杂的三维立体结构。其不足在于：由于形成图形的倾斜角度采取了倾斜样品的方法来实现，这大大提高了整个仪器设备的复杂程度，而且使效率大大降低。
检索中还发现，在中国专利《用X射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法》(专利号：200410084556xs)中，提出了通过控制X射线的剂量分布和改变掩膜图形间的间距得到不同深宽比的构件。其不足之处在于只能做出形状相似的只是深宽比不同的简单三维图形，不具有很强的推广价值。
发明内容
本发明针对现有的技术的不足，提供一种移动样品平台实现PMMA三维微加工的方法。它能有效地克服采用倾斜样品制造方法中装置的复杂性和成本高、改变掩膜间距离方法中的三维图形简单的缺点，适用于制造三维上窄下宽的结构。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：
第一步、X射线束依次通过X光过滤器、X光掩膜版然后照射到样品上，样品平台固定样品且可以实现二维的平动。
第二步、利用一块掩模版，通过移动样品台和改变停留在各个位置的时间来精确控制曝光时间，从而控制X射线在各个位置的入射总量，某一位置的X射线入射总量与这个位置的PMMA刻蚀深度成正比，从而得到由深度不同的部分构成三维立体上窄下宽的PMMA结构。
所述的X光过滤器由铍层和开普顿窗共同组成。
所述的X光过滤器只能使高于过滤器的能量阈值的X射线通过。
所述的X光过滤器、X光掩膜版、样品平台相互平行。
所述的X射线束是垂直照射到相互平行的X光过滤器、X光掩膜版、样品平台。
所述的PMMA对X光感光，且刻蚀深度与X射线入射总量成正比。
本发明和现在制造不同深宽比的微结构所采用的刻蚀方法相比，提供了一种灵活的制造方法，它仅仅通过控制X射线曝光量(即时间)和移动样品平台就能得到深度不同的结构，克服了采用倾斜样品制造方法中装置的复杂性和成本高、改变掩膜间距离方法中的三维图形简单的缺点，够用这种方法来制备光学透镜中的复杂结构。
附图说明
图1移动样品平台实现PMMA三维微加工示意图
图2X光掩膜板示意图
图3X样品刻蚀结果示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
第一步、如图1所示，高能回旋电子束发射出X射线，X射线束的全长是1.58m。利用200μm厚的铍和50μm厚的开普顿窗(5mm×30mm)共同组成过滤器以得到光子能量超过1.3kev的硬X射线。经过过滤的硬X射线通过X光掩膜板照射到样品上，样品平台固定样品且可以实现二维的平动。
第二步、利用一块掩模版，通过移动样品台和改变停留在不同位置的时间来精确控制曝光时间，从而控制X射线在不同位置的入射总量。某一位置的X射线入射总量与这个位置的PMMA刻蚀深度成正比，从而得到由深度不同的部分构成三维立体上窄下宽的PMMA结构。
如图2所示，利用已经制造的X光掩膜板，该X光掩膜板中央镂空，镂空图形为正方形，尺寸200μm×200μm。
(1)第一次曝光，曝光时间30秒，通过计算得到曝光剂量为0.01Ah；
(2)将样品台沿X方向移动200μm，进行第二次曝光，曝光时间60秒，通过计算得到曝光剂量为0.02Ah；
(3)将样品台沿X方向移动200μm，进行第三次曝光，曝光时间90秒，通过计算得到曝光剂量为0.03Ah；
(4)将样品台沿X方向移动200μm，进行第四次曝光，曝光时间120秒，通过计算得到曝光剂量0.04Ah。
(5)将样品从样品台取下，37℃GG显影液中显影适当的时间。
如图3所示，本实施例得到的三维PMMA结构，沿X方向深度分别为100μm，200μm，300μm，400μm。另外，所得到的构件的表面粗糙度在30nm以内，少于波长的十分之一。显影后的表面是非常平整的，能够用这种方法来制备光学透镜中的复杂结构。
Claims (5)
1、一种移动样品平台实现PMMA三维微加工的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、X射线束依次通过X光过滤器、X光掩膜版然后照射到样品上，样品平台固定样品且可实现二维的平动；
第二步、利用一块掩模版，通过移动样品台和改变停留在各个位置的时间来控制曝光时间，从而控制X射线在各个位置的入射总量，某一位置的X射线入射总量与这个位置的PMMA刻蚀深度成正比，从而得到由深度不同的部分构成的三维立体上窄下宽的PMMA结构。
2、根据权利要求1所述的移动样品平台实现PMMA三维微加工的方法，其特征是，所述的X光过滤器只能使高于过滤器的能量阈值的X射线通过。
3、根据权利要求1或者2所述的移动样品平台实现PMMA三维微加工的方法，其特征是，所述的X光过滤器由铍层和开普顿窗共同组成。
4、根据权利要求1所述的移动样品平台实现PMMA三维微加工的方法，其特征是，所述的X光过滤器、X光掩膜版、样品平台相互平行。
5、根据权利要求1所述的移动样品平台实现PMMA三维微加工的方法，其特征是，所述的X射线束是垂直照射到相互平行的X光过滤器、X光掩膜版、样品平台。
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