专利名称：用x射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法
技术领域：
本发明涉及一种微机械构件的方法的加工方法，特别是一种用x射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法，用于微细加工领域。
背景技术：
微机械构件对于器件小型化的趋势有着重要的意义。微机械构件的力学性能对于微机电系统(MEMS)器件的性能和可靠性起着非常关键的作用，很多微执行器当受到表面冲击(这种冲击可能是不小心造成或者本身就是微执行器动作的一部分)时，里面的机械构件会发生永久性的破坏。降低这些机械构件的刚度将会提高它们的可靠性和性能，但是同时这些机械构件又必须要有足够的模量能够有效地将力从一个构件传输到另一个构件。因此需要发明一种方法来制造具有可控深宽比的微机电系统机械构件。另一方面，为了掌握在微机械构件在三维情况下的失效行为，需要大量具有不同深度和宽度的圆柱体式样，来进行一系列的压力试验。现有的技术一般是采用刻蚀的方法来制造这样的组件。
经对现有技术文献的检索发现，刊登在《微细加工技术》2000年第三期，P39-43上的“O2反应离子深刻蚀PMMA”，该文中用刻蚀的方法获得不同的深宽比的样品，但是需要分别在不同的硅片上改变刻蚀时间来获得，对于需要大量深宽比不同样品的情况，成本比较高。并且刻蚀本身耗时多。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用x射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法，使其仅仅通过改变掩模图形的尺寸和位置就可在同一块硅片上得到深宽比在很大范围可变的机械构件，并且只需要一次x射线曝光，能够大批量生产，克服了现有技术耗时、成本高的缺点。
本发明是通过以下技术方案实现的，由于x射线的光强分布是呈高斯分布的，即x射线束浓度是位置的函数，并且x射线的剂量在不同的位置能够精确控制。因此能够用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为光刻胶，用x射线曝光，由于在不同位置x射线强度不同，所以在相同的曝光时间中，不同位置曝光深度也不同，从而可以在光刻胶上得到深宽比不同的微机械构件。
通过控制x射线随位置的分布或者是改变掩膜图形间的间距来改变微机械构件的深宽比。方法的具体实现过程为用一个开普敦窗口来获得能量超过1.3kev的x射线光束，然后光束通过掩模，照射到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的光刻胶上曝光，将掩模的图形转移到光刻胶上，显影后就可以得到不同深宽比的微机械构件了。
本发明和现在制造不同深宽比的微机械构件所采用的刻蚀方法相比，它仅仅通过控制x射线的剂量分布和改变掩膜图形的间距就能得到深宽比不同的构件，而不是象刻蚀要通过改变刻蚀时间，一次只能得到一个特定深宽比的器件，因此它克服了刻蚀成本高和耗时的缺点，可以一次性的得到深宽比连续变化的微机械构件，提供了一种灵活的制造方法，并且所得构件的表面粗糙度小，可以用到光学器件中。
图1为x射线光刻的简单示意2为x射线的光强随位置的分布图具体实施方式
结合本发明方法的内容和附图提供以下实施例如图1所示，光刻的x射线束的全长是1.58m，200μm厚的铍(Be)和50μm厚的开普顿(kapton)窗口(5mm×30mm)被用来作为过滤器以得到光子能量超过1.3kev的硬x射线。
X射线沿掩膜垂直方向的光强分布如图2所示。粒子束的尺寸大小为5mm(垂直)×38mm(水平)，为利用粒子束的垂直分布，掩膜图形区域的尺寸被设计成5mm。在光刻过程中，通过移动甩胶台的位置来调整掩膜图形的位置，使得PMMA的曝光能量能够调制。
首先制造一个覆盖着聚合物和金吸收的掩膜，掩膜图像是圆柱体的阵列(5mm×5mm)，圆柱体之间的间距是300μm，外径和内径分别是100μm和30μm。剂量大约是0.06Ah。光刻后显影得到的图形的电镜照片可以看出，最后得到了深宽比为2.5，2.2，1.5，1.0，0.5的微机械构件。刻蚀的深度和位置之间的关系和高斯曲线是相一致的。
另外，所得到的构件的表面粗糙度在30nm以内，少于波长的十分之一。因此显影后的表面是非常平整的，能够用这种方法来制备光学透镜中的复杂结构。
权利要求
1.一种用x射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法，其特征在于，由于x射线的光强分布是呈高斯分布的，即x射线束浓度是位置的函数，并且x射线的剂量通过开普敦窗口的大小来精确控制，用聚甲基丙烯酸甲酯作为光刻胶，用x射线曝光，在相同的曝光时间中，曝光深度随着位置的改变也呈高斯分布，从而在光刻胶上得到不同深宽比的微机械构件。
2.根据权利要求1所述的用x射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法，其特征是，其具体实现过程为用一个开普敦窗口来获得x射线光束，然后x射线光束通过掩模，照射到聚甲基丙烯酸甲酯的光刻胶上曝光，将掩模的图形转移到光刻胶上，显影后就得到不同深宽比的微机械构件了。
3.根据权利要求1或者2所述的用x射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法，其特征是，通过控制x射线随位置的分布或者是改变掩膜图形间的间距来改变微机械构件的深宽比。
全文摘要
一种用x射线曝光制造不同深宽比的微机械构件的方法，用于微细加工技术领域，本发明由于x射线的光强分布是呈高斯分布的，即x射线束浓度是位置的函数，并且x射线的剂量通过开普敦窗口的大小来精确控制，用PMMA作为光刻胶，用x射线曝光，在相同的曝光时间中，曝光深度随着位置的改变也呈高斯分布，从而在光刻胶上得到不同深宽比的微机械构件。本发明曝光时不同的位置会得到不同的曝光量，因此只需一步曝光就可到到深宽比不同的微结构。本发明可应用于复杂微机械或微光学结构的制作，可以减少工艺步骤，节省掩膜制作成本。
文档编号G03F7/20GK1632699SQ20041008455
公开日2005年6月29日 申请日期2004年11月25日 优先权日2004年11月25日
发明者李以贵, 宋康, 陈水良 申请人:上海交通大学