Скачать презентацию Б Г Гольденберг LIGA-технология базовые принципы и применение Скачать презентацию Б Г Гольденберг LIGA-технология базовые принципы и применение

69b4b7bdef6e3fceab25f691333816b0.ppt

  • Количество слайдов: 54

Б. Г. Гольденберг LIGA-технология: базовые принципы и применение 1 Б. Г. Гольденберг LIGA-технология: базовые принципы и применение 1

СИ – уникальный технологический инструмент ВЭПП-3 Е= 2 Гэ. В Н= 20 к. Гс СИ – уникальный технологический инструмент ВЭПП-3 Е= 2 Гэ. В Н= 20 к. Гс 2

СИ – уникальный технологический инструмент + коллимированность + интенсивность ~ 0. 2 мрад ~ СИ – уникальный технологический инструмент + коллимированность + интенсивность ~ 0. 2 мрад ~ 1 -10 Вт/см 2 на раст. 20 м + проникающая способность >1 мм + непрерывный спектр + расчет спектрально-угловых УФ =3650 А СИ =2 А характеристик 3

СИ – уникальный технологический инструмент аналитические приложения: РФА, МУРР, EXAFS… технологические приложения: рентгеновская литография СИ – уникальный технологический инструмент аналитические приложения: РФА, МУРР, EXAFS… технологические приложения: рентгеновская литография 4

Рентгенолитография: Воздействие СИ на полимеры CH 2 1 рентген, е-, е+, e- } CH Рентгенолитография: Воздействие СИ на полимеры CH 2 1 рентген, е-, е+, e- } CH 2 2 CH 3 C CH 2 C O OCH 3 C CH 2 C O OCH 3 1 e- CH 3 C CH 2 C O OCH 3 2 CO 2 CH 3 CH 2 CH 3 C CH 2 e. CH 4, CH 3 OH CO 2, CO CH 2 CH 3 C CH 2 Полиметилметакрилат (позитивный) SU-8 негативный 5

Рентгенолитография: Воздействие СИ на ПММА Mw, g/mol k. J/cm 3 Зависимость растворимости ПММА от Рентгенолитография: Воздействие СИ на ПММА Mw, g/mol k. J/cm 3 Зависимость растворимости ПММА от дозы облучения 6

Рентгенолитография: SU-8 (производства Microchem) Позитивный резист Негативный резист Нормализованная толщина полиметилметакрилат (ПММА) * доза Рентгенолитография: SU-8 (производства Microchem) Позитивный резист Негативный резист Нормализованная толщина полиметилметакрилат (ПММА) * доза для формирования структуры ПММА SU-8 3500 Дж/см 3 30 Дж/см 3 Минимальная доза 700 Дж/см 3 1 Дж/см 3 контраст К>50 7

Рентгенолитография: SU-8 (производства Microchem) Позитивный резист Негативный резист * Нормализованная толщина полиметилметакрилат (ПММА) Оптимизация Рентгенолитография: SU-8 (производства Microchem) Позитивный резист Негативный резист * Нормализованная толщина полиметилметакрилат (ПММА) Оптимизация резистов: чувствительность, однородность по молекулярной массе, разрешающая способность, стабильность 8

Рентгенолитография: 1 2 9 Рентгенолитография: 1 2 9

LIGA=Lithografie+Galvanik+Abformung 10 LIGA=Lithografie+Galvanik+Abformung 10

Изготовление микроструктур LIGA-процесс был разработан в LIGA 1980 -х гг в IMT Forschungszentrum Karlsruhe Изготовление микроструктур LIGA-процесс был разработан в LIGA 1980 -х гг в IMT Forschungszentrum Karlsruhe (Институт микроструктур, Карлсруэ, Германия), как способ производства микро-сопел для разделения изотопов урана LIGA-процесс - метод изготовления глубоких микроструктур посредством последовательного применения глубокой рентгенолитографии, микрогальванопластики и формовки. 11

Микросистемная техника Призматические и параболические Линзы для рентгеновского излучения http: //www. imt. kit. edu Микросистемная техника Призматические и параболические Линзы для рентгеновского излучения http: //www. imt. kit. edu Измеритель потока Термо-пневматический насос Элементы прецизионной микромеханики http: //micro-works. de/products. html 12

Микросистемная техника Микрофлюидные модули Abhishek K Agarwal. et. al. J. Micromech. Microeng. 16 (2006) Микросистемная техника Микрофлюидные модули Abhishek K Agarwal. et. al. J. Micromech. Microeng. 16 (2006) 332– 340 электромагнитные устройства характерные размеры структур: 10 -100 мкм минимальные размеры элементов: 1 -10 мкм шероховатость : ~ 10 нм высота 10 -1000 мкм !!! 13

Микросистемная техника Формирование в ПММА линзы Френеля с глубоким (до 15 мкм) микрорельефом методом Микросистемная техника Формирование в ПММА линзы Френеля с глубоким (до 15 мкм) микрорельефом методом динамической рентгенолитографии 14

Изготовление микроструктур 50 мкм Станки ЧПУ электроискровая резка 15 Изготовление микроструктур 50 мкм Станки ЧПУ электроискровая резка 15

Изготовление микроструктур n электронная литография, Е=30 кэ. В минимальные размеры: <50 нм высота < Изготовление микроструктур n электронная литография, Е=30 кэ. В минимальные размеры: <50 нм высота < 3 мкм 16

Изготовление микроструктур фотолитография УФ =3650 А n минимальные размеры: < 1 -5 мкм высота Изготовление микроструктур фотолитография УФ =3650 А n минимальные размеры: < 1 -5 мкм высота ~10 мкм дифракция!!! 17

Технологический комплекс LIGA в ИЯФ СО РАН: Плазмохимия электронное и магнетронное нанесение чистка подложек Технологический комплекс LIGA в ИЯФ СО РАН: Плазмохимия электронное и магнетронное нанесение чистка подложек обработка резистов Чистая комната: класс 5 ISO <10 000 частиц размером 0. 1 мкм в м 3 центрифуга установка микрополирования 18 СЭМ Hitachi S 3400 N

Чистая комната: 19 Чистая комната: 19

Чистая комната: Установка полирования POLI-100 чистка планаризация полировка 20 Чистая комната: Установка полирования POLI-100 чистка планаризация полировка 20

Чистая комната: центрифуга Spincoater Model P - 6708 D нанесение полимерных пленок до 100 Чистая комната: центрифуга Spincoater Model P - 6708 D нанесение полимерных пленок до 100 мкм 21

Чистая комната: установка плазмохимии и магнетронного напыления Book. Edwards и вакуумная печь 22 Чистая комната: установка плазмохимии и магнетронного напыления Book. Edwards и вакуумная печь 22

Чистая комната: участок оптической и электронной микроскопии 23 Чистая комната: участок оптической и электронной микроскопии 23

Технологический комплекс LIGA в ИЯФ СО РАН: 20 м Е=2 Гэ. В, Н=20 к. Технологический комплекс LIGA в ИЯФ СО РАН: 20 м Е=2 Гэ. В, Н=20 к. Гс I=50 -120 м. А вигглер Схема станции LIGA на канале вывода СИ из накопителя ВЭПП-3 е- 24

Станция LIGA ВЭПП-3 Внешний вид и компоновка станции LIGA на канале вывода СИ из Станция LIGA ВЭПП-3 Внешний вид и компоновка станции LIGA на канале вывода СИ из накопителя ВЭПП-3 25

Станция LIGA ВЭПП-3 1. 2. Держатель рентгеношаблона 3. XYZ координатный столик 4. Держатель облучаемого Станция LIGA ВЭПП-3 1. 2. Держатель рентгеношаблона 3. XYZ координатный столик 4. Держатель облучаемого образца 5. XYφ координатный столик 6. СИ входное окно (Ве 300 мкм) видеокамера Be 300 мкм 5 3 XYφ-степер резиста СИ XYZ-степер шаблона компоновка внутреннего объема станции LIGA на канале вывода СИ из накопителя ВЭПП-3 26

Синхротронное излучение для LIGA Расчетное спектральное распределение мощности СИ, поглощенной в резисте ПММА в Синхротронное излучение для LIGA Расчетное спектральное распределение мощности СИ, поглощенной в резисте ПММА в медианной плоскости (φ=0) на расстоянии 20 м от точки излучения, Е=2 Гэ. В, Н=20 к. Гс, I=100 m. A 27

LIGA-станции в иных центрах СИ Общий вид станции ГРЛ КИСИ, Москва. [http: //www. kcsr. LIGA-станции в иных центрах СИ Общий вид станции ГРЛ КИСИ, Москва. [http: //www. kcsr. kiae. ru/stations/k 6. 3. php] Станция экспонирования DEX 02 производства Jen. Optik Gmb. H, Jena, Germany на канале LIGA-2, ANKA, Karslrue (Germany). 28 [http: //ankaweb. fzk. de/instrumentation_at_anka/beamlines. php]

Создание и исследование рентгеношаблонов для ГРЛ Рентгеношаблон– рисунок из рентгенопоглощающего материала на Рентгеношаблон подложке Создание и исследование рентгеношаблонов для ГРЛ Рентгеношаблон– рисунок из рентгенопоглощающего материала на Рентгеношаблон подложке прозрачной для рентгеновского излучения используемого спектрального диапазона. поглотитель подложка шаблона ? ? ? выбор материалов подложки, резистов, поглотителя; формирование рисунка микроструктуры; формирование рентгеноконтрастного покрытия. 29

Создание и исследование рентгеношаблонов для ГРЛ Основные этапы изготовления рентгеношаблона : • формирование резистивной Создание и исследование рентгеношаблонов для ГРЛ Основные этапы изготовления рентгеношаблона : • формирование резистивной маски на проводящей подложке, • электрохимическое осаждение поглощающего слоя. Полимерная маска на подложке Гальванопластика золота 30

Изготовление рентгеношаблонов для ГРЛ в IMT/KIT, Karlsrue (Germany) а) Электронная литография в 3 мкм Изготовление рентгеношаблонов для ГРЛ в IMT/KIT, Karlsrue (Germany) а) Электронная литография в 3 мкм резисте ПММА б) После проявления резиста гальванически осаждается 2. 2 мкм слой золота и удаляется оставшийся резист. Изготовление промежуточного рентгеношаблона в IMT/KIT в) рентгенолитография в «мягком» СИ через промежуточный РШ в 60 мкм слой резиста ПММА на титановой подложке; [ http: //x-ray-optics. de ] г) проявления резиста гальванически осаждается 25 мкм слой золота на подложку из 2 мкм титана и удаляется оставшийся резист 31

Формирование структуры РШ в ИЯФ СО РАН 32 Формирование структуры РШ в ИЯФ СО РАН 32

ИЯФ: Формирование структуры РШ с помощью фотолитографии Фотошаблон ИФП СО РАН, ИАи. Э СО ИЯФ: Формирование структуры РШ с помощью фотолитографии Фотошаблон ИФП СО РАН, ИАи. Э СО РАН SU-8 стеклоугл ерод 33

Формирование структуры РШ с помощью фотолитографии 10 мкм Re SU-8 Фотолитографическое формирование струкутры шаблона: Формирование структуры РШ с помощью фотолитографии 10 мкм Re SU-8 Фотолитографическое формирование струкутры шаблона: + простота + низкая себестоимость - Дифракционные уширения, искажения элементов рисунка 34

Рентгенолучевой микролитограф для формирования заготовки рентгеношаблона Способ рентгенолучевого формирования топологи РШ для глубокой рентгеновской Рентгенолучевой микролитограф для формирования заготовки рентгеношаблона Способ рентгенолучевого формирования топологи РШ для глубокой рентгеновской литографии без использования дорогостоящих этапов электронной литографии, изготовления промежуточного рентгеношаблона и рентгенолитографии в «мягком» спектре СИ для получения рабочего РШ 35

Формирование структуры РШ рентгенолучевым методом гладкие стенки! SU-8 стеклоуглерод 60 мкм прямые углы! 50 Формирование структуры РШ рентгенолучевым методом гладкие стенки! SU-8 стеклоуглерод 60 мкм прямые углы! 50 мкм 29 мкм Фрагмент заготовки рентгеношаблона – микроструктура из резиста SU-8 высотой 29 мкм на подложке из стеклоуглерода Рентгеношаблон после осаждения на заготовку слоя золота SU-8 Au 20 мкм 36

Тестирование рентгеношаблонов При изготовлении рентгеношаблонов необходимо контролировать такие основные параметры как: üкачество рисунка микроструктуры; Тестирование рентгеношаблонов При изготовлении рентгеношаблонов необходимо контролировать такие основные параметры как: üкачество рисунка микроструктуры; üсостав рентгенопоглощающего слоя; üконтраст РШ. Контроль рисунка микроструктуры и элементного состава поглощающего слоя осуществлялся с использованием сканирующего электронного микроскопа. Однако СЭМ-изображение не дает информации о внутренних дефектах и контрасте шаблона. 37

Тестирование рентгеношаблонов на станции «рентгеновской микроскопии и томографии» ВЭПП-3 пропускание % Дополнительная проверка качества Тестирование рентгеношаблонов на станции «рентгеновской микроскопии и томографии» ВЭПП-3 пропускание % Дополнительная проверка качества РШ проводилась с использованием монохроматического СИ ( =1. 13 Å) на станции «рентгеновской микроскопии и томографии» накопителя ВЭПП-3 по исследованию контраста рентгеновских изображений. На рентгеновских микроснимках дефектные участки с недостаточным контрастом представляются светлыми пятнами в темном рентгеноконтрастном поле, а контраст изображения соответствует контрасту рентгеношаблона в данном спектре. Пространственное разрешение микроскопии 2 мкм. Au Пример исследования рентгеноконтраста шаблона [Гольденберг Б. Г. , Купер К. Э. , Кондратьев В. И. и др. Экспресс-метод контроля рентгеношаблонов для глубокой 38 рентгенолитографии // XVIII международная конференция по использованию синхротронного излучения, СИ-2010]

Тестирование рентгеношаблонов на станции «рентгеновской микроскопии» Контраст λ=1. 13 A ~5 Au SU-8 Толщина Тестирование рентгеношаблонов на станции «рентгеновской микроскопии» Контраст λ=1. 13 A ~5 Au SU-8 Толщина Au ~ 9 mkm т с ра т он йк ы чн то а т ос д не Контраст λ=1. 13 A ~50 Au Толщина Au ~22 mkm SU-8 Фотографии рентгеношаблонов, полученные на СЭМ Hitachi S 3400 N Изображение, полученное на станции «Рентгеновская микроскопия» при =1. 13Ǻ 39

Режимы экспонирования СИ 1. 1. СИ сканирование 2. мультиплицирование СИ Коллиматор 2. 3. Рентгеновский Режимы экспонирования СИ 1. 1. СИ сканирование 2. мультиплицирование СИ Коллиматор 2. 3. Рентгеновский микролитограф 4. динамическая литография 40

Распределение интенсивности СИ на LIGA-станции 0, 0015 расчет Image Plate ПДПП 4. 6 мм Распределение интенсивности СИ на LIGA-станции 0, 0015 расчет Image Plate ПДПП 4. 6 мм 2 W/мм 0, 0010 0, 0005 0, 0000 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 мм 10 мм Изображение пучка СИ на запоминающем экране Image Plate© и его оцифровка Вертикальное и горизонтальное распределение мощности пучка СИ в плоскости образца: расчет, при Е=2 Гэ. В, H=20 к. Гс, I=0. 05 m. А, с учетом 500 мкм бериллиевых фольг, Генцелев А. Н. , Гольденберг Б. Г. , Кондратьев В. И. и др. LIGA-станция на накопителе ВЭПП-3 // Поверхность. - 2002. - № 9. - С. 30 -35. 41

Режимы экспонирования СИ Испольуется при облучении образцов, площадь которых больше высоты пучка. Резист и Режимы экспонирования СИ Испольуется при облучении образцов, площадь которых больше высоты пучка. Резист и шаблон в единной сборке возратнопоступательно качаются поперек пучка СИ 1. 1. сканирование • однородная усредненная доза по всей площади • снижение тепловых нагрузок на образец 42

Режимы экспонирования СИ многократное повторение элементарного рисунка «ячейки» по большому полю изделия. После каждой Режимы экспонирования СИ многократное повторение элементарного рисунка «ячейки» по большому полю изделия. После каждой экспозиции подложка смещается отностительно фиксированного шаблона на заданный шаг и экспозиция повторяется 2. мультиплицирование 43

Режимы экспонирования 3. Рентгеновский микролитограф СИ Коллиматор Коллимированный луч СИ используется как «перо» для Режимы экспонирования 3. Рентгеновский микролитограф СИ Коллиматор Коллимированный луч СИ используется как «перо» для рисования структуры в толстом слое высокочувствительного резиста SU-8 44

Режимы экспонирования Скорость растворения облученного позитивного резиста пропорциональна полученной дозе, т. е. времени облучения Режимы экспонирования Скорость растворения облученного позитивного резиста пропорциональна полученной дозе, т. е. времени облучения локальной точки. Двигая резист во время облучения относительно шаблона можно добиться неоднородного распределения дозы => 3 D профиль СИ 1. 4. динамическая литография 45

Влияние дифракции и вторичных электронов на разрешающую способность пробег фотоэлектронов Reznikova E, Mohr J, Влияние дифракции и вторичных электронов на разрешающую способность пробег фотоэлектронов Reznikova E, Mohr J, Boerner M, et. al. // 2008. Microsystem Technologies 14 дифракционное разрешение суммарное отклонение ограничение разрешающей способности 46

LIGA – технология: задачи: изготовление высокоаспектных микроструктур с уникальными параметрами: - Минимальные размеры элементов LIGA – технология: задачи: изготовление высокоаспектных микроструктур с уникальными параметрами: - Минимальные размеры элементов от 1 мкм - глубина/высота до 1000 мкм - шероховатость от 10 нм технологические этапы: обеспечения *глубокая рентгенолитография *гальванопластика *штамповка *литьё - источник СИ – накопитель электронов - автоматизированная станция экспонирования - участок химической подготовки и обработки - участок контроля - изготовление рентгеношаблонов 47

Примеры изготовления микроструктур методом глубокой рентгенолитографии в ИЯФ СО РАН Пример высокоаспектных структур из Примеры изготовления микроструктур методом глубокой рентгенолитографии в ИЯФ СО РАН Пример высокоаспектных структур из SU-8, полученных с использованием созданного рентгеношаблона. Высота 440 мкм, ширина линии 40 мкм. 48

Изготовление микроструктур методом глубокой рентгенолитографии микрофлюидные системы для экспресс анализа (совместно с ИЦи. Г Изготовление микроструктур методом глубокой рентгенолитографии микрофлюидные системы для экспресс анализа (совместно с ИЦи. Г СО РАН) СЭМ фотографии фрагментов микроканальных модулей из ПММА Ширина и глубина каналов 50 мкм 49

Изготовление микроструктур методом глубокой рентгенолитографии Микропрофилированные оптические элементы (совместно с ИАи. Э СО РАН) Изготовление микроструктур методом глубокой рентгенолитографии Микропрофилированные оптические элементы (совместно с ИАи. Э СО РАН) Формирование в ПММА линзы Френеля с глубоким (до 15 мкм) микрорельефом методом динамической рентгенолитографии 50

Изготовление микроструктур методом глубокой рентгенолитографии Элементы квазиоптики для излучения ТГц-диапазона Сочетание возможности рентгенолитографически формировать Изготовление микроструктур методом глубокой рентгенолитографии Элементы квазиоптики для излучения ТГц-диапазона Сочетание возможности рентгенолитографически формировать микроструктуры в толстых полимерных пленках (100 -1000 мкм) и возможности химически осаждать серебро на поверхность полимера позволяет реализовать новый тип конструкции толстых сеточных структур без подложки – спектрально-селективных элементов ИК и ТГц диапазона (совместно с ИХТТМ СО РАН) 51 [ Генцелев А. Н. , Гольденберг Б. Г. , Зелинский А. Г. , …Кузнецов С. А. и др. Применение LIGA для создания селективных элементов ТГц-диапазона – металлических и псевдометаллических толстых сеточных структур // Рабочее совещание «Рентгеновская оптика – 2010» , г. Черноголовка ]

Спасибо за внимание ! 52 Спасибо за внимание ! 52

53 53

Принципы LIGA-технологии LIGA – акроним, составленный из немецких слов: Litographie, Galvanoformung Abformung – литография, Принципы LIGA-технологии LIGA – акроним, составленный из немецких слов: Litographie, Galvanoformung Abformung – литография, гальваника, формовка Основной процесс LIGA это глубокая рентгеновская литография (ГРЛ) на ГРЛ синхротронном излучении (СИ). h = 100 -1000 мкм D~ 1 мкм n~ 10 нм http: //x-ray-optics. de вертикальные стенки 54