1.2.2 LIGA技術(shù)

早在20世紀(jì)60年代初，德國(guó)的Karlsruhe原子能研究中心就致力于開發(fā)一項(xiàng)技術(shù)，即用氣體彎曲噴射的離心力方法處理六氟化鈾和輕的輔助氣體，從而分離出鈾同位素。為了提高這個(gè)方法的效率，需要將分離噴嘴的相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸縮小到幾個(gè)微米的尺度，這促使了LIGA技術(shù)的開發(fā)研究。到20世紀(jì)70年代末由該中心的Ehrfeld教授等開發(fā)了LIGA技術(shù)，該研究所于1986年首次進(jìn)行了公開報(bào)道[15]。

LIGA技術(shù)是三個(gè)德文單詞的縮寫，其代表的中文分別是X光深層光刻、微電鑄和微復(fù)制工藝。其工藝路線如圖1-1所示。LIGA技術(shù)實(shí)施前的準(zhǔn)備工作是X光掩模板制備。X光掩模板必須有選擇地透過(guò)和阻擋X光，一般的紫外光掩模板不適合做LIGA掩模板。透X光薄膜有聚酰亞胺、鈦、鈹、氮化硅、金剛石和石墨等材料，而阻擋X光的材料是高原子系數(shù)的重金屬材料，如金、鉑、鎢等。LIGA技術(shù)的第一步是X光深層光刻工藝，由于光刻的厚度要達(dá)到幾百微米至數(shù)微米，用一般的X光光源需要很長(zhǎng)的曝光時(shí)間，而同步輻射的X光光源強(qiáng)度是普通X光的幾十萬(wàn)倍，這樣就可以大大縮短曝光時(shí)間。目前較為理想的X光光刻膠是聚甲基丙烯酸甲酯（Poly（Methyl Methacrylate），PMMA）基聚合物。LIGA技術(shù)的第二步是微電鑄工藝，它將顯影后的光刻膠空隙用微電鍍的方法填上各種金屬，如鎳、銅、金、鐵鎳合金等。微電鑄的原理是在電壓的作用下，陽(yáng)極的金屬失去電子，變成金屬離子進(jìn)入電鑄液，金屬離子在陰極獲得電子，沉積在陰極上。當(dāng)陰極的金屬表面有一層光刻膠圖形時(shí)，金屬只能沉積到光刻膠的空隙中，形成與光刻膠相對(duì)應(yīng)的金屬微結(jié)構(gòu)。LIGA技術(shù)的第三步是微復(fù)制工藝，用微電鑄工藝制造出的微復(fù)制模具可以用來(lái)進(jìn)行塑料微結(jié)構(gòu)器件的大批量生產(chǎn)。微復(fù)制工藝不僅可以廉價(jià)制造由高分子材料微器件，而且還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次微電鑄，進(jìn)行金屬微器件的大批量生產(chǎn)[16～20]。

圖1-1 LIGA技術(shù)的工藝路線

利用LIGA技術(shù)不僅可以加工硅材料，而且可以加工金屬、陶瓷和塑料等各種材料。該技術(shù)的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是它能制造三維微結(jié)構(gòu)器件，獲得的微器件具有較大的高深寬比和精細(xì)的結(jié)構(gòu)，側(cè)壁陡峭、表面平整。圖1-2是較深的PMMA光刻膠結(jié)構(gòu)的電鏡照片，其深度為3.2 mm[21]。

圖1-2 深度為3.2mm的PMMA光刻膠結(jié)構(gòu)