MEMS加工技术及其工艺设备

3童志义Ｓｉ的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进展加工，形成硅基ＭＥＭＳ器电铸成型和铸塑形成深层微构造的方法。其中硅加工技术与传统的ＩＣ工艺兼为目前ＭＥＭＳ的主流技术。随着电子，机械产品微小化的进展趋势，将来１０年，微机械Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ与微机电ＭＥＭＳ产业将渐渐取代半导体产业成为主流产当前，微机械与ＭＥＭＳ产业已被日本政府列入将来１０年保持日本竞争将来的５～１０ＭＳ相关系统市场将增长１０倍〔见表１，因此，把握组件／模块技术将有利于将来在ＭＥＭＳ市场取得主动权。微系统的增长包括微电子机械和最近对半导体产业设备和工艺开发具有重传统刻蚀、淀积工艺之外的一些的进展趋势正在引起人们更多的关注。１ ＭＥＭＳ加工技术已有几十年甚至上百年的历史了。例如铸造、锻造、车削、磨削、钻孔和电镀等技术。光学光刻，耦合等离子刻蚀，金属的溅射涂覆，金属的等离子体增加化学设备和技术以及一些还未流行的设备的工艺目前正被用于ＭＥＭＳ的纳米技术从目前看来，对于大多数半导体产业来说，承受光学光刻区分力小至３０ｎｍ〔ＳＴＭ〕原子力显微镜〔ＡＦＭ〕的探针系统也能用于光刻，进展分子的原子级材料的加工处理。倒装焊、带式自动焊、多芯片组件工艺等。ＭＥＭＳ与微电子系统比较，区分在于其包含有微传感器、微执行器、微技术难度要高。ＭＥＭＳ加工技术是在硅平面技术的根底上进展起来的，虽然历史不长，要可分为硅基微机械加工技术和非硅基微机械加工技术。１．１硅基微机械加工技术１．１．１体硅微机械加工这种加工是将整块材料，如单晶硅基片加工成微机械构造的工艺，与微电各向异性化学湿法腐蚀技术，ｂ．熔解硅片技术，ｃ．反响离子深刻蚀技术。１．１．２外表微机械加工技术这种技术是利用集成电路的平面加工技术加工微机械装置，被加工的微机微机械装置。这种技术的最大优点是在与ＩＣ工艺完全兼容，但是，它制造的机械构造系统，但是微型元件的布局平面化和剩余应力等问题必需在设计中予以考虑。〔１〕电子束光刻在扫描电子显微镜根底上进展而来的电子束光刻系统，供给了小至纳米尺Ｌｅｉｃａ光刻公司的１００ｋｅＶＶ于没有最终分辩损失的纳米技术要求的ＭＥＭＳ器件加工。２聚焦离子束光刻利用聚焦离子束设备修复光掩模和集成电路芯片经过１０～１５年的进展〔小至５ｎｍ源供给一束镓离子加速到５０ｋｅＶ后在靶材外表产生最大溅射率。３扫描探针加工技术〔ＳＰＬ〕扫描探针加工技术作为一种无掩模的加工手段，因其所需设备简洁和加工〔Ｔｉ和Ｇｒ〕〔Ｓｉ和ＧａＡｓ〔Ｓｉ３Ｎ４和硅烷还用于自组装单分子〔ＳＡＭ〕薄膜上。１．１．３复合微机械加工技术优点，同时也抑制了二者的缺乏。１．２非硅基微机械加工技术１．２．１ 工技术ＬＩＧＡ加工技术包括三个根本步骤，即借助于同步辐射Ｘ光实现深层光优势在于：〔１〕μｍ，外表μｍ以上；〔２〕用材广泛。从塑料〔ＰＭＭＡ、聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯等〕到、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ〕到陶瓷〔ＺｎＯ２〕等，都可以用ＬＩＧＡ技术实现三维构造；〔３〕由于承受微复制技术，可降低本钱，进展批量生产。２．２．２激光微机械加工技术ＬＩＧＡ技术虽然具有突出的优点，但是它的工艺步骤比较简洁，本钱费ＥＭＳ加工技术进展的方向。激光微机械加工技术依靠转变激光束的强度和扫描幅度对涂在基片上的光其与各向异性腐蚀工艺结合就可用于加工三维构造。１．２．３深等离子体刻蚀技术深等离子刻蚀一般是选用硅作为刻蚀微构造的加工对象，也即高深宽比硅〔ＨＡＲＳＥ〔Ａ工艺。该技术承受感应耦合等离子体〔ＩＣＰ〕源系统，与传统的反响离子刻蚀〔ＲＩＥ，电子盘旋共振〔ＥＣＲ〕等刻蚀技术相比，有更大的各向异工艺过程。同时还承受了射频电源相控技术使离子源电源和偏压电源的相位同到充分发挥。ＩＣＰ刻蚀技术可以到达很高的深宽比〔＞２５：１，选择性好，可以完成接近９０°的垂直侧壁。由于ＭＥＭＳ构造的特别性，在传统的ＩＣ工艺根底上争论与之相适应的胶光刻工艺作为高深宽比微机械制造的关键工艺，成为微机械工艺争论中的热对于紫外厚胶光刻适用光刻胶的争论，做得较多的是ＳＶ－８系列负性胶［２］学性能，在紫外光范围内光吸取度低，整个光刻胶层可获得均匀全都的曝光量。ＫａｒｌＳｕｓｓ公司的ＭＡ－６双面对准光刻机曝光，获得了胶膜厚度为１μｍ，深宽比值为１０，侧壁陡峭直度达８５°以上的高深宽比，高陡直［３］较成功的光学光刻设备有奥地利的ＥＶＧ公司的ＥＶ６００系列双面对准键合机，德国ＫａｒｌＳｕｓｓ公司的ＭＡ－６双面光刻机以及荷兰ＡＳＭＬ公司的Ｍｉｃｒａｌｉｇｎ７００系列和ＳＡ５２００系列扫描投影和分步投影光刻机。２ 三维外表光刻的抗蚀剂喷涂技光刻工艺成为必需。标准的传统旋涂技术用于三维构造的片子时，由于沟槽和凹槽的消灭，抗能量也是不均匀的，它影响了局部显影或导致关键尺寸图形均匀性的降低。其中正在争论推广的抗蚀剂喷涂技术最引人注目［４。与现有的在极端三维构造的片了上均匀抗蚀剂涂覆技术所不同通过一种产生微滴烟雾剂的超声喷嘴式直接喷涂安排系统在高度三维构造化的片子上进展均匀地抗蚀剂喷涂沉积由于削减了片子上抗蚀剂流淌力影响。微滴停留的地方抗蚀剂便沉积在其上，于抗蚀剂在三维构造的片子上均匀分布。在喷涂中，片子在缓慢地旋转，同时喷嘴安排装置的转臂在片子的半径范围内移动这种集成技术便是由澳地利ＥＶＧ公司独家享有的ＯｍｎｉＳｐｒａｙ技术。使用该技术通过对深度构造片子的锐凸角喷涂抗蚀剂 已实现了从片了顶部到１５０μｍ深的１１１面外表有效地产生了抗蚀剂线条最终在深凹槽上作出了连续的金属条图形这种集成技术为众多的ＭＥＭＳ构造和设计颖的互连构造以及先进的封装用途供给了一种宽阔形貌作图力气。３ ＭEＭＳ封装技术非电信号，而外部环境对灵敏度极高的ＭＥＭＳ敏感元件来说都是格外苛刻的，它要有承受各方面环境影响的力气，比方机械的〔应力，摇摆，冲击等、化学的〔气体，温度，腐蚀介质等、物理的〔温度压力，加速度等〕等；并且极大关注。ＭＥＭＳ封装经过十几年的进展，其工艺已经比较成熟，消灭了不少比较完善的封装形式。目前比较常用的ＭＥＭＳ封装形式有无引线陶瓷芯片载体封可以分为单芯片封装，晶圆级封装，多芯片模块和微系统封装三个级别。３．１ 晶圆级封装晶圆级封装工艺是指带有微构造的晶片与另一块经腐蚀带有空腔的晶片键〔硅帽这种方法使得微构造体处于真空或惰性气体环境中，提高了器件的品质因数Ｑ体免受污染是很有效的方法。３．２ 芯片级封装３．２．１倒装片封装倒装片封装不仅在微电子领域，而且在ＭＥＭＳ领域都是系统封装和集成〔芯片和衬底。这种技术的芯片与衬底之间的距离成间隙，可以通过倒装片凸活动部件的运动。现在这种封装一般使用传统的压模封装技术或液体密封。３．２．２微球栅陈设〔μＢＧＡ〕球栅陈设封装是利用球状焊盘作为连接点进展外表安装的芯片封是真正意义的芯片级封装，它承受薄的柔性电路体作为它的衬底，上形成矩形阵列，模片的反面暴露以利于散热。３．２．３单片系统〔ＳｙｓｔｅｍｏｎＣｈｉｐ〕实际上并不能被划分ＳｏＣ芯片包含微处理芯片，存储器，信号处理电路和ＭＥＭＳ器件等。３．３ ＭＥＭＳ封装进展趋势封装技术和阅历，向芯片规模封装，圆片级封装和三维封装方向进展。机械的加工，精细把握，微弱信号的变换与检测等提出了很高的要求。目前，ＭＥＭＳ测试技术的争论在国际上已引起了高度重视，针对不同的Ｓａｎｄｉａｎ国家试验室争论的ＭＥＭＳ器件牢靠性测试系统［５，麻省理工学院的Ｆｒｅｅｍａｎ教授领导争论的基于计算机视觉的ＭＥＭＳ测试系统［６Ｂｒｅａｋｅｌｅｙ系统，如ＥＴＥ