close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

H - Сибирский Центр Синхротронного и Терагерцового Излучения

код для вставкиСкачать
Б.Г.Гольденберг
LIGA-технология:
базовые принципы и применение
1
СИ – уникальный технологический
инструмент
ВЭПП-3
Е= 2 ГэВ
Н= 20 кГс
2
СИ – уникальный технологический
инструмент
+ коллимированность
+ интенсивность
~ 0.2 мрад
~ 1-10 Вт/см2 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
4
Рентгенолитография:
Воздействие СИ на полимеры
CH2
1
рентген, е-, е+,
e-
CH3
C CH2
C O
OCH3
CH3
C CH2
C O
OCH3
CH3
C CH2
C O
OCH3
}
CH2
1
e-
CH3
C CH2
C O
OCH3
2
2
CH2
CH3
C CH2
C O
OCH3
CO2CH3
CH2
CH3
C CH2
eCH4, CH3OH
CO2, CO
CH2
CH3
C CH2
Полиметилметакрилат (позитивный)
SU-8 негативный
5
Рентгенолитография:
Воздействие СИ на ПММА
Vр, мкм/мин
3
10
2
10
1
ПММА
10
Mw, g/mol
0
10
-1
10
-2
10
kJ/cm3
-3
10
-4
10 -2
10
-1
10
0
10
3
D, кДж/см
1
10
2
10
Зависимость растворимости
ПММА от дозы облучения
6
Рентгенолитография:
полиметилметакрилат (ПММА)
SU-8 (производства Microchem)
Позитивный резист
Негативный резист
Vр, мкм/мин
Нормализованная толщина
3
10
2
10
1
ПММА
10
*
0
10
-1
10
-2
10
-3
10
-4
10 -2
10
-1
10
0
10
3
D, кДж/см
1
10
2
10
доза для формирования
структуры
ПММА
3500 Дж/см3
30 Дж/см3
Минимальная доза
700 Дж/см3
1 Дж/см3
SU-8
контраст
К>50
7
Рентгенолитография:
полиметилметакрилат (ПММА)
SU-8 (производства Microchem)
Позитивный резист
Негативный резист
Vр, мкм/мин
Нормализованная толщина
3
10
2
10
1
ПММА
10
*
0
10
-1
10
-2
10
-3
10
-4
10 -2
10
-1
10
0
10
3
D, кДж/см
1
10
2
10
Оптимизация резистов: чувствительность, однородность по молекулярной
массе, разрешающая способность, стабильность
8
Рентгенолитография:
1
2
9
LIGA=Lithografie+Galvanik+Abformung
10
Изготовление микроструктур
LIGA-процесс был разработан в
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
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) 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
динамической рентгенолитографии
14
Изготовление микроструктур
50
мкм
50
мкм
Станки ЧПУ
электроискровая резка
15
Изготовление микроструктур
электронная
литография, Е=30 кэВ
минимальные размеры: <50 нм
высота < 3 мкм
16
Изготовление микроструктур
фотолитография
УФ =3650 А
минимальные размеры: < 1-5мкм
высота ~10 мкм
дифракция!!!
17
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 м3
центрифуга
установка
микрополирования
18
СЭМ Hitachi S3400N
Чистая комната:
19
Чистая комната: Установка полирования POLI-100
чистка
планаризация
полировка
20
Чистая комната: центрифуга Spincoater Model P - 6708D
нанесение полимерных пленок до 100 мкм
21
Чистая комната: установка плазмохимии и магнетронного напыления
BookEdwards и вакуумная печь
22
Чистая комната: участок оптической и электронной
микроскопии
23
Технологический комплекс LIGA в ИЯФ СО РАН:
Е=2 ГэВ, Н=20 кГс
I=50-120 мА
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
накопителя ВЭПП-3
25
Станция LIGA ВЭПП-3
СИ
1.
входное окно (Ве 300
мкм)
2.
Держатель
рентгеношаблона
3.
XYZ координатный
столик
4.
Держатель облучаемого
образца
5.
XYφ координатный
столик
6.
видеокамера
Be 300
мкм
5
СИ
3
XYφ-степер
резиста
XYZ-степер
шаблона
компоновка внутреннего объема станции LIGA
на канале вывода СИ из накопителя ВЭПП-3
26
Синхротронное излучение для LIGA
p ( , , z ) I ( , , z ) I ( , , z dz )
dz
Расчетное спектральное распределение мощности СИ, поглощенной в резисте ПММА
в медианной плоскости (φ=0) на расстоянии 20 м от точки излучения,
Е=2 ГэВ, Н=20 кГс, I=100 mA
27
LIGA-станции в иных центрах СИ
Общий вид станции ГРЛ
КИСИ, Москва.
[http://www.kcsr.kiae.ru/stations/k6.3.php]
Станция экспонирования DEX02
производства JenOptik GmbH, 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
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 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 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
ИЯФ: Формирование структуры РШ
с помощью фотолитографии
Фотошаблон
ИФП СО РАН, ИАиЭ СО РАН
SU-8
стеклоуглерод
33
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 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 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:
качество рисунка микроструктуры;
состав рентгенопоглощающего слоя;
контраст 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
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=1.13A ~5
Au
SU-8
Толщина Au ~ 9 mkm
Контраст λ=1.13A ~50
Au
Толщина Au ~22mkm
SU-8
Фотографии рентгеношаблонов,
полученные на СЭМ Hitachi S3400N
Изображение, полученное на станции
«Рентгеновская микроскопия» при
=1.13Ǻ
39
Режимы экспонирования
СИ
1.
сканирование
2. мультиплицирование
СИ
Коллиматор
3. Рентгеновский микролитограф
4. динамическая литография
40
Распределение интенсивности СИ на LIGA-станции
0,0015
abr.
units
расчет
Image Plate
0.6
ПДПП
0,0010
2
W/мм
0.3
4.6 мм
0,0005
0,0000
-8
mm
-6
-4
-2
0
4
6
8
мм
2
mm
2
W/mm
2
0.001
10 мм
0
0
10
20
30
40
50
60
70
mm
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 ГэВ,
H=20 кГс, I=0.05 mА, 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 шаблон в единной сборке возратнопоступательно качаются поперек пучка СИ
1.
сканирование
•однородная усредненная доза по всей
площади
•снижение тепловых нагрузок на образец
42
Режимы экспонирования
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
рисования структуры в толстом
слое высокочувствительного
резиста SU-8
44
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 => 3D профиль
СИ
4. динамическая литография
45
Влияние дифракции и вторичных электронов на
разрешающую способность
пробег фотоэлектронов
1
e 1 . 212 2 . 12
Reznikova E, Mohr J, Boerner M, et.al.
// 2008. Microsystem Technologies 14
дифракционное разрешение
dif z 1 2
суммарное отклонение
e dif
2
2 1 2
ограничение разрешающей способности
46
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 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 ИЦиГ 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 ИАиЭ 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 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
53
Принципы LIGA-технологии
LIGA – акроним, составленный из
немецких слов:
Litographie,
Galvanoformung
Abformung –
литография, гальваника,
формовка
Основной
процесс
LIGA это глубокая
рентгеновская
литография (ГРЛ) на
синхротронном
излучении (СИ).
h = 100-1000 мкм
~ 1 мкм
~ 10 нм
http://x-ray-optics.de
вертикальные стенки
54
Документ
Категория
Презентации по информатике
Просмотров
24
Размер файла
7 956 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа