'

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

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

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


Слайд 1

2 СИ – уникальный технологический инструмент ВЭПП-3 Е= 2 ГэВ Н= 20 кГс


Слайд 2

3 + коллимированность + интенсивность + проникающая способность + непрерывный спектр + расчет спектрально-угловых характеристик СИ – уникальный технологический инструмент ~ 0.2 мрад ~ 1-10 Вт/см2 на раст. 20 м >1 мм УФ ?=3650 А СИ ?=2 А


Слайд 3

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


Слайд 4

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


Слайд 5

6 Рентгенолитография: Воздействие СИ на ПММА kJ/cm3 Mw, g/mol Зависимость растворимости ПММА от дозы облучения


Слайд 6

7 Рентгенолитография: полиметилметакрилат (ПММА) Позитивный резист SU-8 (производства Microchem) Негативный резист доза для формирования структуры ПММА SU-8 3500 Дж/см3 30 Дж/см3 Минимальная доза 700 Дж/см3 1 Дж/см3 * контраст К>50 Нормализованная толщина


Слайд 7

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


Слайд 8

9 Рентгенолитография: 1 2


Слайд 9

10 LIGA=Lithografie+Galvanik+Abformung


Слайд 10

11 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.


Слайд 11

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


Слайд 12

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


Слайд 13

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


Слайд 14

15 Изготовление микроструктур 50 мкм 50 мкм Станки ЧПУ электроискровая резка


Слайд 15

16 Изготовление микроструктур электронная литография, Е=30 кэВ минимальные размеры: <50 нм высота < 3 мкм


Слайд 16

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


Слайд 17

18 Чистая комната: класс 5 ISO <10 000 частиц размером 0.1 мкм в м3 чистка подложек обработка резистов Плазмохимия электронное и магнетронное нанесение установка микрополирования СЭМ Hitachi S3400N Технологический комплекс LIGA в ИЯФ СО РАН: центрифуга


Слайд 18

19 Чистая комната:


Слайд 19

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


Слайд 20

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


Слайд 21

22 Чистая комната: установка плазмохимии и магнетронного напыления BookEdwards и вакуумная печь


Слайд 22

23 Чистая комната: участок оптической и электронной микроскопии


Слайд 23

24 Схема станции LIGA на канале вывода СИ из накопителя ВЭПП-3 Технологический комплекс LIGA в ИЯФ СО РАН:


Слайд 24

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


Слайд 25

26 компоновка внутреннего объема станции LIGA на канале вывода СИ из накопителя ВЭПП-3 входное окно (Ве 300 мкм) Держатель рентгеношаблона XYZ координатный столик Держатель облучаемого образца XY? координатный столик видеокамера Станция LIGA ВЭПП-3 СИ


Слайд 26

27 Расчетное спектральное распределение мощности СИ, поглощенной в резисте ПММА в медианной плоскости (?=0) на расстоянии 20 м от точки излучения, Е=2 ГэВ, Н=20 кГс, I=100 mA Синхротронное излучение для LIGA


Слайд 27

28 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). [http://ankaweb.fzk.de/instrumentation_at_anka/beamlines.php] LIGA-станции в иных центрах СИ


Слайд 28

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


Слайд 29

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


Слайд 30

31 а) Электронная литография в 3 мкм резисте ПММА б) После проявления резиста гальванически Изготовление промежуточного рентгеношаблона в IMT/KIT осаждается 2.2 мкм слой золота и удаляется оставшийся резист. [ http://x-ray-optics.de ] в) рентгенолитография в «мягком» СИ через промежуточный РШ в 60 мкм слой резиста ПММА на титановой подложке; г) проявления резиста гальванически осаждается 25 мкм слой золота на подложку из 2 мкм титана и удаляется оставшийся резист Изготовление рентгеношаблонов для ГРЛ в IMT/KIT, Karlsrue (Germany)


Слайд 31

32 Формирование структуры РШ в ИЯФ СО РАН


Слайд 32

33 SU-8 стеклоуглерод ИЯФ: Формирование структуры РШ с помощью фотолитографии Фотошаблон ИФП СО РАН, ИАиЭ СО РАН


Слайд 33

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


Слайд 34

35 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


Слайд 35

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


Слайд 36

37 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.


Слайд 37

38 Дополнительная проверка качества РШ проводилась с использованием монохроматического СИ (?=1.13 A) 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. Тестирование рентгеношаблонов на станции «рентгеновской микроскопии и томографии» ВЭПП-3 Au Пример исследования рентгеноконтраста шаблона пропускание % [Гольденберг Б.Г., Купер К.Э., Кондратьев В.И. и др. Экспресс-метод контроля рентгеношаблонов для глубокой рентгенолитографии // XVIII международная конференция по использованию синхротронного излучения, СИ-2010]


Слайд 38

39 Толщина Au ~22mkm Фотографии рентгеношаблонов, полученные на СЭМ Hitachi S3400N Изображение, полученное на станции «Рентгеновская микроскопия» при ?=1.13? недостаточный контраст Тестирование рентгеношаблонов на станции «рентгеновской микроскопии» Au SU-8 Au SU-8 Контраст ?=1.13A ~5 Толщина Au ~ 9 mkm Контраст ?=1.13A ~50


Слайд 39

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


Слайд 40

41 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. Распределение интенсивности СИ на LIGA-станции 4.6 мм


Слайд 41

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


Слайд 42

43 2. мультиплицирование 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


Слайд 43

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


Слайд 44

45 4. динамическая литография 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


Слайд 45

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


Слайд 46

47 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: *глубокая рентгенолитография *гальванопластика *штамповка *литьё обеспечения - источник СИ – накопитель электронов - автоматизированная станция экспонирования - участок химической подготовки и обработки - участок контроля - изготовление рентгеношаблонов


Слайд 47

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


Слайд 48

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


Слайд 49

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


Слайд 50

51 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) Изготовление микроструктур методом глубокой рентгенолитографии Элементы квазиоптики для излучения ТГц-диапазона [ 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]


Слайд 51

52 Спасибо за внимание !


Слайд 52

53


Слайд 53

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


×

HTML:





Ссылка: