面向mems的微细加工技术

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1、面向MEMS的微细加工技术上海大学罗均谢少荣龚振邦摘要MEMS技术将是21世纪科技与产业的制高点之一,而微细加工技术又是MEMS发展的重要基础。微细加工技术在传统光刻工艺的基础上，又发展了灰调光刻Lift20ffLIGA及准LIGA激光和分子装配等适应三维结构的新技术。本文综述了目前国内外各种微细加工及其尖键技术的研究状况，并介绍了微细加工技术和MEMS的发展趋势。AbstractMEMStechnologyisahotspotofscienceandindustryinthe21stcentury,andmicro2fabri2cationtechnologiesarethekeyprob

2、lemsofMEMSdevelopment・Thenewmicro2fabricationtechnologiesfor3Dstructureareinvented,whichincludegray2tonelithography,Lift20ff,LIGA,quasi2LIGA,laser,niolecule2aszsemblytechnology,elc.Inthispaper,thestate2)f2lhe2artonallsortsofmicro2fabricationanditskeytechnolo2giesinChinaandoverseasispresented,andfut

3、ureprospectsofdevelopmentonMEMSaregiven.尖键词微机械MEMS微细加工技术1前言微电子机械系统1（MicroElectroMechanica'System，简写MEMS，美国通用）或微机械（日本通用）或微系统（欧洲通用）是集微型机械微传感器、微能源微致动器微控制器微执行器信号处理、智能控制于一体的机电装置，微小的几何尺寸或操作尺寸和高度集成化智能化是MEMS的显著特征。从其尺寸角度,可分为1〜10mm的微小机械，〜1mm的微机械，lnm〜l“m的纳米机械2。相应地，微细加工技术也可分为微米级亚微米级和纳米级微细加工等。由于MEMS具有体积小精度高性能稳定

4、可靠性高耗能低灵敏性和工作效率高多功能和智能化制造成本低等优点，正受到国内外科技界的广泛尖注，并成为当今世界各国研究和投资的热点。而微细加工技术是MEMS发展的重要基础，本文就目前国内外已发展或正在研究的各种微细加工技术进行全面综述，并介绍微细加工技术和MEMS的发展趋势。2微细加工及其矢键技术面向MEMS的微细加工技术是在集成电路的基础上形成的，先后有了超精密机械加工深反应离子刻蚀LIGA及准LIGA技术分子装配技术等。其加工手段包括电子束离子束光子束（紫外线天收稿日期：200I-05-31射线及激光束）原子束分子束等离子体超声微波化学和电化学等等。2.1超精密机械加工技术超精密机械加工

5、技术是利用刀具改变材料形状或破坏材料表层，以切屑形式去除来达到所要求的形状。如单晶金刚石刀具的车削与铳削微细麻花钻的微钻孔技术和精微磨削技术等。超精密机加工的特点在于可实现复杂三维形体的加工，已成功地制作出尺寸在1（）〜10（）“m的微小三维构件。最小轴端直径为lOjC/m3°2.2硅微细加工技术硅是最基本的微机械加工材料,微细加工技术一般都要涉及硅材料。作为硅集成电路制造技术的延伸，硅微细加工技术主要是拒以硅材料为基础制作各种微机械零部件。（1）集成电路光刻集成电路的光刻工艺过程为:先对基片（多采用硅片）氧化处理形成SiCh保护膜;然后在保护膜上涂感光胶;利用掩膜在规定的光源下曝光；显影；

6、用腐蚀剂刻蚀保护膜的窗口部分；最后去除感光胶而获得和掩膜上图形相同的微细图形。影响图形最小特征尺寸（分辨率）的因素有:感光胶的曝光特性胶层的厚度及均匀性光源光束对感光胶层的曝光特性（衍射散射）显影与腐蚀处理工艺过程曝光方式等。其中曝光方式包括接触式、接近式和投影式三种。接触式曝光可得到小于1/zm的精度，但不适用于大批量生产，因为掩膜在曝光过程中承受机械负载，接触面很容易被颗粒划伤；接近式曝光中，在掩膜和基片间有20〜50“m的间隙，这减少了掩膜的磨损，但由于衍射效应，精度限制在2畑；投影式曝光可获得约0.5//m的结构精度。(2)体微加工体微加工可以在三维空间制造硅微结构，可以直接在硅片上

7、获得高纵横比的微机械零件。硅片要用光学刻蚀先进行预处理，然后去掉曝光的抗蚀剂材料。通过在抗蚀剂上有选择地使用各向异性刻蚀溶液,可以在基片上获得深的沟槽，余下的抗蚀剂可作为掩膜，最终的形式只决定于基片的晶格朝向。利用这种技术，可以制作不同的结构，如桥梁薄膜等。利用体微加工制造的晶片，可用粘结技术或其他互连技术进行连接，从而形成复杂的三维结构。由于硅的晶格朝向是不变的，所以采用这种技术不能形成简单的圆圆柱孔洞或体