1.2.2 LIGA技术

早在20世纪60年代初，德国的Karlsruhe原子能研究中心就致力于开发一项技术，即用气体弯曲喷射的离心力方法处理六氟化铀和轻的辅助气体，从而分离出铀同位素。为了提高这个方法的效率，需要将分离喷嘴的相关结构尺寸缩小到几个微米的尺度，这促使了LIGA技术的开发研究。到20世纪70年代末由该中心的Ehrfeld教授等开发了LIGA技术，该研究所于1986年首次进行了公开报道[15]。

LIGA技术是三个德文单词的缩写，其代表的中文分别是X光深层光刻、微电铸和微复制工艺。其工艺路线如图1-1所示。LIGA技术实施前的准备工作是X光掩模板制备。X光掩模板必须有选择地透过和阻挡X光，一般的紫外光掩模板不适合做LIGA掩模板。透X光薄膜有聚酰亚胺、钛、铍、氮化硅、金刚石和石墨等材料，而阻挡X光的材料是高原子系数的重金属材料，如金、铂、钨等。LIGA技术的第一步是X光深层光刻工艺，由于光刻的厚度要达到几百微米至数微米，用一般的X光光源需要很长的曝光时间，而同步辐射的X光光源强度是普通X光的几十万倍，这样就可以大大缩短曝光时间。目前较为理想的X光光刻胶是聚甲基丙烯酸甲酯（Poly（Methyl Methacrylate），PMMA）基聚合物。LIGA技术的第二步是微电铸工艺，它将显影后的光刻胶空隙用微电镀的方法填上各种金属，如镍、铜、金、铁镍合金等。微电铸的原理是在电压的作用下，阳极的金属失去电子，变成金属离子进入电铸液，金属离子在阴极获得电子，沉积在阴极上。当阴极的金属表面有一层光刻胶图形时，金属只能沉积到光刻胶的空隙中，形成与光刻胶相对应的金属微结构。LIGA技术的第三步是微复制工艺，用微电铸工艺制造出的微复制模具可以用来进行塑料微结构器件的大批量生产。微复制工艺不仅可以廉价制造由高分子材料微器件，而且还可以在此基础上进行第二次微电铸，进行金属微器件的大批量生产[16～20]。

图1-1 LIGA技术的工艺路线

利用LIGA技术不仅可以加工硅材料，而且可以加工金属、陶瓷和塑料等各种材料。该技术的另一个显著优点是它能制造三维微结构器件，获得的微器件具有较大的高深宽比和精细的结构，侧壁陡峭、表面平整。图1-2是较深的PMMA光刻胶结构的电镜照片，其深度为3.2 mm[21]。

图1-2 深度为3.2mm的PMMA光刻胶结构