專利名稱：移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)pmma三維微加工的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子制造技術(shù)領(lǐng)域的加工的方法，特別涉及一種移動(dòng)樣品 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)三維微加工的方法。
背景技術(shù)：
微構(gòu)件對(duì)于器件小型化的趨勢(shì)有著重要的意義。微構(gòu)件的曲面加工對(duì)于MEMS 器件的性能和三維結(jié)構(gòu)起著非常關(guān)鍵的作用，很多微光學(xué)器件需要曲面加工，將 會(huì)提高它們的性能。因此需要發(fā)明一種方法來(lái)制造具有可控深度(曲面)的微構(gòu) 件。另一方面，為了掌握在微構(gòu)件在三維情況下的失效行為，需要大量具有不同 深度和寬度的圓柱體式樣，來(lái)進(jìn)行一系列的壓力試驗(yàn)。現(xiàn)有的技術(shù)一般是采用刻 蝕的方法來(lái)制造這樣的圓柱體樣品，用這種方法要獲得不同的深寬比的樣品，需 要分別在不同的硅片上改變刻蝕時(shí)間來(lái)獲得，對(duì)于需要大量深度不同樣品的情 況，成本比較高。并且刻蝕本身耗時(shí)多。因此有必要發(fā)明一種快速經(jīng)濟(jì)地制造這 樣的試驗(yàn)樣品的方法。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，F(xiàn). Munnik等在《Microelectronic Engineering》(微電子工程)2003年67 - 68巻96 - 103頁(yè)上發(fā)表的 "High aspect ratio, 3D structuring of photoresist materials by ion beam LIGA，， (利用離子束LIGA制造高深寬比、三維結(jié)構(gòu)的光刻材料)，該文中提出利用離子 束加工三維結(jié)構(gòu)。具體方法為利用高速質(zhì)子束轟擊加工樣品材料，加工的深度 可以通過(guò)改變離子束的能量來(lái)變化，形成圖形的傾斜角度可以通過(guò)改變樣品材料
與質(zhì)子束間的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)加工較復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)。其不足在于 由于形成圖形的傾斜角度采取了傾斜樣品的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這大大提高了整個(gè)儀器 設(shè)備的復(fù)雜程度，而且使效率大大降低。
檢索中還發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)專利《用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的 方法》(專利號(hào)200410084556 xs)中，提出了通過(guò)控制X射線的劑量分布和改 變掩膜圖形間的間距得到不同深寬比的構(gòu)件。其不足之處在于只能做出形狀相似 的只是深寬比不同的簡(jiǎn)單三維圖形，不具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)的不足，提供一種移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA三維微加 工的方法。它能有效地克服采用傾斜樣品制造方法中裝置的復(fù)雜性和成本高、改 變掩膜間距離方法中的三維圖形簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)，適用于制造三維上窄下寬的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟
第一步、x射線束依次通過(guò)x光過(guò)濾器、x光掩膜版然后照射到樣品上，樣
品平臺(tái)固定樣品且可以實(shí)現(xiàn)二維的平動(dòng)。
第二步、利用一塊掩模版，通過(guò)移動(dòng)樣品臺(tái)和改變停留在各個(gè)位置的時(shí)間來(lái)
精確控制曝光時(shí)間，從而控制x射線在各個(gè)位置的入射總量，某一位置的x射線
入射總量與這個(gè)位置的PMMA刻蝕深度成正比，從而得到由深度不同的部分構(gòu)成 三維立體上窄下寬的PMMA結(jié)構(gòu)。
所述的X光過(guò)濾器由鈹層和開普頓窗共同組成。
所述的X光過(guò)濾器只能使高于過(guò)濾器的能量閾值的X射線通過(guò)。
所述的X光過(guò)濾器、X光掩膜版、樣品平臺(tái)相互平行。
所述的X射線束是垂直照射到相互平行的X光過(guò)濾器、X光掩膜版、樣品平臺(tái)。
所述的PMMA對(duì)X光感光，且刻蝕深度與X射線入射總量成正比。 本發(fā)明和現(xiàn)在制造不同深寬比的微結(jié)構(gòu)所采用的刻蝕方法相比，提供了一種 靈活的制造方法，它僅僅通過(guò)控制X射線曝光量(即時(shí)間)和移動(dòng)樣品平臺(tái)就能 得到深度不同的結(jié)構(gòu)，克服了采用傾斜樣品制造方法中裝置的復(fù)雜性和成本高、 改變掩膜間距離方法中的三維圖形簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)，夠用這種方法來(lái)制備光學(xué)透鏡中 的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。


圖1移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA三維微加工示意圖 圖2 X光掩膜板示意圖 圖3 X樣品刻蝕結(jié)果示意圖
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明 技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā) 明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
第一步、如圖1所示，高能回旋電子束發(fā)射出X射線，X射線束的全長(zhǎng)是 1.58m。利用200um厚的鈹和50um厚的開普頓窗(5mmX30mra)共同組成過(guò)濾 器以得到光子能量超過(guò)1. 3kev的硬X射線。經(jīng)過(guò)過(guò)濾的硬X射線通過(guò)X光掩膜 板照射到樣品上，樣品平臺(tái)固定樣品且可以實(shí)現(xiàn)二維的平動(dòng)。
第二步、利用一塊掩模版，通過(guò)移動(dòng)樣品臺(tái)和改變停留在不同位置的時(shí)間來(lái) 精確控制曝光時(shí)間，從而控制X射線在不同位置的入射總量。某一位置的X射線 入射總量與這個(gè)位置的PMMA刻蝕深度成正比，從而得到由深度不同的部分構(gòu)成 三維立體上窄下寬的PMMA結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，利用已經(jīng)制造的X光掩膜板，該X光掩膜板中央鏤空，鏤空 圖形為正方形，尺寸200umX200um。
(1) 第一次曝光，曝光時(shí)間30秒，通過(guò)計(jì)算得到曝光劑量為0. 01Ah;
(2) 將樣品臺(tái)沿X方向移動(dòng)200 u m，進(jìn)行第二次曝光，曝光時(shí)間60秒， 通過(guò)計(jì)算得到曝光劑量為0. 02Ah;
(3) 將樣品臺(tái)沿X方向移動(dòng)200um，進(jìn)行第三次曝光，曝光時(shí)間90秒， 通過(guò)計(jì)算得到曝光劑量為0. 03Ah;
(4) 將樣品臺(tái)沿X方向移動(dòng)200um，進(jìn)行第四次曝光，曝光時(shí)間120秒， 通過(guò)計(jì)算得到曝光劑量0. 04Ah。
(5) 將樣品從樣品臺(tái)取下，37'CGG顯影液中顯影適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。
如圖3所示，本實(shí)施例得到的三維P麗A結(jié)構(gòu)，沿X方向深度分別為100 u m， 200um， 300um， 400um。另外，所得到的構(gòu)件的表面粗糙度在30nm以內(nèi)，少 于波長(zhǎng)的十分之一。顯影后的表面是非常平整的，能夠用這種方法來(lái)制備光學(xué)透 鏡中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA三維微加工的方法，其特征在于，包括如下步驟第一步、X射線束依次通過(guò)X光過(guò)濾器、X光掩膜版然后照射到樣品上，樣品平臺(tái)固定樣品且可實(shí)現(xiàn)二維的平動(dòng)；第二步、利用一塊掩模版，通過(guò)移動(dòng)樣品臺(tái)和改變停留在各個(gè)位置的時(shí)間來(lái)控制曝光時(shí)間，從而控制X射線在各個(gè)位置的入射總量，某一位置的X射線入射總量與這個(gè)位置的PMMA刻蝕深度成正比，從而得到由深度不同的部分構(gòu)成的三維立體上窄下寬的PMMA結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA三維微加工的方法，其特征 是，所述的X光過(guò)濾器只能使高于過(guò)濾器的能量閾值的X射線通過(guò)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA三維微加工的方法， 其特征是，所述的X光過(guò)濾器由鈹層和開普頓窗共同組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA三維微加工的方法，其特征 是，所述的X光過(guò)濾器、X光掩膜版、樣品平臺(tái)相互平行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)P麗A三維微加工的方法，其特征 是，所述的X射線束是垂直照射到相互平行的X光過(guò)濾器、X光掩膜版、樣品平臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微制造領(lǐng)域的移動(dòng)樣品平臺(tái)實(shí)現(xiàn)PMMA三維微加工的方法。X射線束依次通過(guò)X光過(guò)濾器、X光掩膜版然后照射到樣品上，樣品平臺(tái)固定樣品且可以實(shí)現(xiàn)二維的平動(dòng)。利用一塊掩模版，通過(guò)移動(dòng)樣品臺(tái)和改變停留在不同位置的時(shí)間來(lái)精確控制曝光時(shí)間，從而控制X射線在不同位置的入射總量。不同位置X射線曝光量不同，從而使得不同位置的PMMA刻蝕深度不同，得到由深度不同的部分構(gòu)成的三維立體上窄下寬的PMMA結(jié)構(gòu)。本發(fā)明僅僅通過(guò)控制X射線曝光量和移動(dòng)樣品平臺(tái)就能得到深度不同的結(jié)構(gòu)，克服了采用傾斜樣品制造方法中裝置的復(fù)雜性和成本高、改變掩膜間距離方法中的三維圖形簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101393390SQ20081020003
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者張俊峰, 李以貴, 陽(yáng) 高 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)