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电子束液态曝光技术的研究

孔祥东  
【摘要】:随着微机电系统的深入研究和快速发展,需要能够精确产生复杂曲面和各种形状微结构的加工方法与之相适应。当前能够制作三维微结构的技术主要有体硅微加工技术、LIGA(Lithographie,Galvanoformung andAbformung)技术和IH(Integrated Harden Polymer Stereo Lithography)三维光刻技术。体硅微加工技术和LIGA技术能够制作高精度、高深宽比的陡直微细结构,却难于加工含有各种微曲面和结构较为复杂的器件;IH三维光刻技术从理论上能够加工出含有任意曲面和任意高深宽比的复杂微结构,但因其工艺中x、y向的扫描是靠X/Y工作台的机械移动来完成的,所以加工精度较低,分辨率目前仅能达到亚微米级。因此这些微三维加工技术不能很好的适应将来微机电系统的高速发展,需要寻求更好的加工手段。 电子束曝光技术是目前公认的最好的高分辨率图形制作技术,主要用于0.1~0.5μm的超微细加工。在实验室条件下,已能将电子束聚焦成尺寸小于2nm的束斑,实现了纳米级曝光。电子束具有波长短、易于控制、精度高、灵活性大等优点,目前主要用于精密二维掩膜制作,但还不能制作三维立体结构。因此本论文率先提出了一种国内外均未见报道的、能够将电子束曝光的高精度性能和IH工艺能加工任意复杂器件的性能结合起来,既能加工出任意复杂的微结构又能保证其亚微米级甚至更高精度的三维掩膜/模板加工新方法——电子束液态曝光技术(Electron Beam LiquidLithography,EBLL)。作为一项开创性的工作,本论文的主要工作是首次提出了基于电子束曝光机(Electron Beams Exposure System,EBES)的电子束固化曝光微三维成型技术,从理论和实验上对其可行性以及对电子束的能量和曝光剂量与固化厚度之间的关系进行了论证研究,并在SDS-II型电子束曝光机上完成了以液态TMPTA和Epoxy618为固化对象的电子束固化实验,得到了固化的十字型微结构,充分证明了电子束液态曝光技术是切实可行的。本论文的主要工作和创新点如下:


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