專利名稱：用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)械構(gòu)件的方法的加工方法，特別是一種用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的方法，用于微細(xì)加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微機(jī)械構(gòu)件對于器件小型化的趨勢有著重要的意義。微機(jī)械構(gòu)件的力學(xué)性能對于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的性能和可靠性起著非常關(guān)鍵的作用，很多微執(zhí)行器當(dāng)受到表面沖擊(這種沖擊可能是不小心造成或者本身就是微執(zhí)行器動(dòng)作的一部分)時(shí)，里面的機(jī)械構(gòu)件會(huì)發(fā)生永久性的破壞。降低這些機(jī)械構(gòu)件的剛度將會(huì)提高它們的可靠性和性能，但是同時(shí)這些機(jī)械構(gòu)件又必須要有足夠的模量能夠有效地將力從一個(gè)構(gòu)件傳輸?shù)搅硪粋€(gè)構(gòu)件。因此需要發(fā)明一種方法來制造具有可控深寬比的微機(jī)電系統(tǒng)機(jī)械構(gòu)件。另一方面，為了掌握在微機(jī)械構(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，來進(jìn)行一系列的壓力試驗(yàn)?，F(xiàn)有的技術(shù)一般是采用刻蝕的方法來制造這樣的組件。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，刊登在《微細(xì)加工技術(shù)》2000年第三期，P39-43上的“O2反應(yīng)離子深刻蝕PMMA”，該文中用刻蝕的方法獲得不同的深寬比的樣品，但是需要分別在不同的硅片上改變刻蝕時(shí)間來獲得，對于需要大量深寬比不同樣品的情況，成本比較高。并且刻蝕本身耗時(shí)多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的方法，使其僅僅通過改變掩模圖形的尺寸和位置就可在同一塊硅片上得到深寬比在很大范圍可變的機(jī)械構(gòu)件，并且只需要一次x射線曝光，能夠大批量生產(chǎn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)耗時(shí)、成本高的缺點(diǎn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，由于x射線的光強(qiáng)分布是呈高斯分布的，即x射線束濃度是位置的函數(shù)，并且x射線的劑量在不同的位置能夠精確控制。因此能夠用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為光刻膠，用x射線曝光，由于在不同位置x射線強(qiáng)度不同，所以在相同的曝光時(shí)間中，不同位置曝光深度也不同，從而可以在光刻膠上得到深寬比不同的微機(jī)械構(gòu)件。
通過控制x射線隨位置的分布或者是改變掩膜圖形間的間距來改變微機(jī)械構(gòu)件的深寬比。方法的具體實(shí)現(xiàn)過程為用一個(gè)開普敦窗口來獲得能量超過1.3kev的x射線光束，然后光束通過掩模，照射到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的光刻膠上曝光，將掩模的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，顯影后就可以得到不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件了。
本發(fā)明和現(xiàn)在制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件所采用的刻蝕方法相比，它僅僅通過控制x射線的劑量分布和改變掩膜圖形的間距就能得到深寬比不同的構(gòu)件，而不是象刻蝕要通過改變刻蝕時(shí)間，一次只能得到一個(gè)特定深寬比的器件，因此它克服了刻蝕成本高和耗時(shí)的缺點(diǎn)，可以一次性的得到深寬比連續(xù)變化的微機(jī)械構(gòu)件，提供了一種靈活的制造方法，并且所得構(gòu)件的表面粗糙度小，可以用到光學(xué)器件中。


圖1為x射線光刻的簡單示意2為x射線的光強(qiáng)隨位置的分布圖具體實(shí)施方式
結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容和附圖提供以下實(shí)施例如圖1所示，光刻的x射線束的全長是1.58m，200μm厚的鈹(Be)和50μm厚的開普頓(kapton)窗口(5mm×30mm)被用來作為過濾器以得到光子能量超過1.3kev的硬x射線。
X射線沿掩膜垂直方向的光強(qiáng)分布如圖2所示。粒子束的尺寸大小為5mm(垂直)×38mm(水平)，為利用粒子束的垂直分布，掩膜圖形區(qū)域的尺寸被設(shè)計(jì)成5mm。在光刻過程中，通過移動(dòng)甩膠臺的位置來調(diào)整掩膜圖形的位置，使得PMMA的曝光能量能夠調(diào)制。
首先制造一個(gè)覆蓋著聚合物和金吸收的掩膜，掩膜圖像是圓柱體的陣列(5mm×5mm)，圓柱體之間的間距是300μm，外徑和內(nèi)徑分別是100μm和30μm。劑量大約是0.06Ah。光刻后顯影得到的圖形的電鏡照片可以看出，最后得到了深寬比為2.5，2.2，1.5，1.0，0.5的微機(jī)械構(gòu)件?？涛g的深度和位置之間的關(guān)系和高斯曲線是相一致的。
另外，所得到的構(gòu)件的表面粗糙度在30nm以內(nèi)，少于波長的十分之一。因此顯影后的表面是非常平整的，能夠用這種方法來制備光學(xué)透鏡中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的方法，其特征在于，由于x射線的光強(qiáng)分布是呈高斯分布的，即x射線束濃度是位置的函數(shù)，并且x射線的劑量通過開普敦窗口的大小來精確控制，用聚甲基丙烯酸甲酯作為光刻膠，用x射線曝光，在相同的曝光時(shí)間中，曝光深度隨著位置的改變也呈高斯分布，從而在光刻膠上得到不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的方法，其特征是，其具體實(shí)現(xiàn)過程為用一個(gè)開普敦窗口來獲得x射線光束，然后x射線光束通過掩模，照射到聚甲基丙烯酸甲酯的光刻膠上曝光，將掩模的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，顯影后就得到不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件了。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的方法，其特征是，通過控制x射線隨位置的分布或者是改變掩膜圖形間的間距來改變微機(jī)械構(gòu)件的深寬比。
全文摘要
一種用x射線曝光制造不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件的方法，用于微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明由于x射線的光強(qiáng)分布是呈高斯分布的，即x射線束濃度是位置的函數(shù)，并且x射線的劑量通過開普敦窗口的大小來精確控制，用PMMA作為光刻膠，用x射線曝光，在相同的曝光時(shí)間中，曝光深度隨著位置的改變也呈高斯分布，從而在光刻膠上得到不同深寬比的微機(jī)械構(gòu)件。本發(fā)明曝光時(shí)不同的位置會(huì)得到不同的曝光量，因此只需一步曝光就可到到深寬比不同的微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可應(yīng)用于復(fù)雜微機(jī)械或微光學(xué)結(jié)構(gòu)的制作，可以減少工藝步驟，節(jié)省掩膜制作成本。
文檔編號G03F7/20GK1632699SQ20041008455
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者李以貴, 宋康, 陳水良 申請人:上海交通大學(xué)