MEMS加工技術(shù)及其工藝設(shè)備

3童志義Ｓｉ的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對硅材料進(jìn)展加工，形成硅基ＭＥＭＳ器電鑄成型和鑄塑形成深層微構(gòu)造的方法。其中硅加工技術(shù)與傳統(tǒng)的ＩＣ工藝兼為目前ＭＥＭＳ的主流技術(shù)。隨著電子，機(jī)械產(chǎn)品微小化的進(jìn)展趨勢，將來１０年，微機(jī)械Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ與微機(jī)電ＭＥＭＳ產(chǎn)業(yè)將漸漸取代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)成為主流產(chǎn)當(dāng)前，微機(jī)械與ＭＥＭＳ產(chǎn)業(yè)已被日本政府列入將來１０年保持日本競爭將來的５～１０ＭＳ相關(guān)系統(tǒng)市場將增長１０倍〔見表１，因此，把握組件／模塊技術(shù)將有利于將來在ＭＥＭＳ市場取得主動權(quán)。微系統(tǒng)的增長包括微電子機(jī)械和最近對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)設(shè)備和工藝開發(fā)具有重傳統(tǒng)刻蝕、淀積工藝之外的一些的進(jìn)展趨勢正在引起人們更多的關(guān)注。１ ＭＥＭＳ加工技術(shù)已有幾十年甚至上百年的歷史了。例如鑄造、鍛造、車削、磨削、鉆孔和電鍍等技術(shù)。光學(xué)光刻，耦合等離子刻蝕，金屬的濺射涂覆，金屬的等離子體增加化學(xué)設(shè)備和技術(shù)以及一些還未流行的設(shè)備的工藝目前正被用于ＭＥＭＳ的納米技術(shù)從目前看來，對于大多數(shù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說，承受光學(xué)光刻區(qū)分力小至３０ｎｍ〔ＳＴＭ〕原子力顯微鏡〔ＡＦＭ〕的探針系統(tǒng)也能用于光刻，進(jìn)展分子的原子級材料的加工處理。倒裝焊、帶式自動焊、多芯片組件工藝等。ＭＥＭＳ與微電子系統(tǒng)比較，區(qū)分在于其包含有微傳感器、微執(zhí)行器、微技術(shù)難度要高。ＭＥＭＳ加工技術(shù)是在硅平面技術(shù)的根底上進(jìn)展起來的，雖然歷史不長，要可分為硅基微機(jī)械加工技術(shù)和非硅基微機(jī)械加工技術(shù)。１．１硅基微機(jī)械加工技術(shù)１．１．１體硅微機(jī)械加工這種加工是將整塊材料，如單晶硅基片加工成微機(jī)械構(gòu)造的工藝，與微電各向異性化學(xué)濕法腐蝕技術(shù)，ｂ．熔解硅片技術(shù)，ｃ．反響離子深刻蝕技術(shù)。１．１．２外表微機(jī)械加工技術(shù)這種技術(shù)是利用集成電路的平面加工技術(shù)加工微機(jī)械裝置，被加工的微機(jī)微機(jī)械裝置。這種技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是在與ＩＣ工藝完全兼容，但是，它制造的機(jī)械構(gòu)造系統(tǒng)，但是微型元件的布局平面化和剩余應(yīng)力等問題必需在設(shè)計(jì)中予以考慮。〔１〕電子束光刻在掃描電子顯微鏡根底上進(jìn)展而來的電子束光刻系統(tǒng)，供給了小至納米尺Ｌｅｉｃａ光刻公司的１００ｋｅＶＶ于沒有最終分辯損失的納米技術(shù)要求的ＭＥＭＳ器件加工。２聚焦離子束光刻利用聚焦離子束設(shè)備修復(fù)光掩模和集成電路芯片經(jīng)過１０～１５年的進(jìn)展〔小至５ｎｍ源供給一束鎵離子加速到５０ｋｅＶ后在靶材外表產(chǎn)生最大濺射率。３掃描探針加工技術(shù)〔ＳＰＬ〕掃描探針加工技術(shù)作為一種無掩模的加工手段，因其所需設(shè)備簡潔和加工〔Ｔｉ和Ｇｒ〕〔Ｓｉ和ＧａＡｓ〔Ｓｉ３Ｎ４和硅烷還用于自組裝單分子〔ＳＡＭ〕薄膜上。１．１．３復(fù)合微機(jī)械加工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也抑制了二者的缺乏。１．２非硅基微機(jī)械加工技術(shù)１．２．１ 工技術(shù)ＬＩＧＡ加工技術(shù)包括三個(gè)根本步驟，即借助于同步輻射Ｘ光實(shí)現(xiàn)深層光優(yōu)勢在于：〔１〕μｍ，外表μｍ以上；〔２〕用材廣泛。從塑料〔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技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維構(gòu)造；〔３〕由于承受微復(fù)制技術(shù)，可降低本錢，進(jìn)展批量生產(chǎn)。２．２．２激光微機(jī)械加工技術(shù)ＬＩＧＡ技術(shù)雖然具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但是它的工藝步驟比較簡潔，本錢費(fèi)ＥＭＳ加工技術(shù)進(jìn)展的方向。激光微機(jī)械加工技術(shù)依靠轉(zhuǎn)變激光束的強(qiáng)度和掃描幅度對涂在基片上的光其與各向異性腐蝕工藝結(jié)合就可用于加工三維構(gòu)造。１．２．３深等離子體刻蝕技術(shù)深等離子刻蝕一般是選用硅作為刻蝕微構(gòu)造的加工對象，也即高深寬比硅〔ＨＡＲＳＥ〔Ａ工藝。該技術(shù)承受感應(yīng)耦合等離子體〔ＩＣＰ〕源系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的反響離子刻蝕〔ＲＩＥ，電子盤旋共振〔ＥＣＲ〕等刻蝕技術(shù)相比，有更大的各向異工藝過程。同時(shí)還承受了射頻電源相控技術(shù)使離子源電源和偏壓電源的相位同到充分發(fā)揮。ＩＣＰ刻蝕技術(shù)可以到達(dá)很高的深寬比〔＞２５：１，選擇性好，可以完成接近９０°的垂直側(cè)壁。由于ＭＥＭＳ構(gòu)造的特別性，在傳統(tǒng)的ＩＣ工藝根底上爭論與之相適應(yīng)的膠光刻工藝作為高深寬比微機(jī)械制造的關(guān)鍵工藝，成為微機(jī)械工藝爭論中的熱對于紫外厚膠光刻適用光刻膠的爭論，做得較多的是ＳＶ－８系列負(fù)性膠［２］學(xué)性能，在紫外光范圍內(nèi)光吸取度低，整個(gè)光刻膠層可獲得均勻全都的曝光量。ＫａｒｌＳｕｓｓ公司的ＭＡ－６雙面對準(zhǔn)光刻機(jī)曝光，獲得了膠膜厚度為１μｍ，深寬比值為１０，側(cè)壁陡峭直度達(dá)８５°以上的高深寬比，高陡直［３］較成功的光學(xué)光刻設(shè)備有奧地利的ＥＶＧ公司的ＥＶ６００系列雙面對準(zhǔn)鍵合機(jī)，德國ＫａｒｌＳｕｓｓ公司的ＭＡ－６雙面光刻機(jī)以及荷蘭ＡＳＭＬ公司的Ｍｉｃｒａｌｉｇｎ７００系列和ＳＡ５２００系列掃描投影和分步投影光刻機(jī)。２ 三維外表光刻的抗蝕劑噴涂技光刻工藝成為必需。標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)旋涂技術(shù)用于三維構(gòu)造的片子時(shí)，由于溝槽和凹槽的消滅，抗能量也是不均勻的，它影響了局部顯影或?qū)е玛P(guān)鍵尺寸圖形均勻性的降低。其中正在爭論推廣的抗蝕劑噴涂技術(shù)最引人注目［４。與現(xiàn)有的在極端三維構(gòu)造的片了上均勻抗蝕劑涂覆技術(shù)所不同通過一種產(chǎn)生微滴煙霧劑的超聲噴嘴式直接噴涂安排系統(tǒng)在高度三維構(gòu)造化的片子上進(jìn)展均勻地抗蝕劑噴涂沉積由于削減了片子上抗蝕劑流淌力影響。微滴停留的地方抗蝕劑便沉積在其上，于抗蝕劑在三維構(gòu)造的片子上均勻分布。在噴涂中，片子在緩慢地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)噴嘴安排裝置的轉(zhuǎn)臂在片子的半徑范圍內(nèi)移動這種集成技術(shù)便是由澳地利ＥＶＧ公司獨(dú)家享有的ＯｍｎｉＳｐｒａｙ技術(shù)。使用該技術(shù)通過對深度構(gòu)造片子的銳凸角噴涂抗蝕劑 已實(shí)現(xiàn)了從片了頂部到１５０μｍ深的１１１面外表有效地產(chǎn)生了抗蝕劑線條最終在深凹槽上作出了連續(xù)的金屬條圖形這種集成技術(shù)為眾多的ＭＥＭＳ構(gòu)造和設(shè)計(jì)穎的互連構(gòu)造以及先進(jìn)的封裝用途供給了一種寬闊形貌作圖力氣。３ ＭEＭＳ封裝技術(shù)非電信號，而外部環(huán)境對靈敏度極高的ＭＥＭＳ敏感元件來說都是格外苛刻的，它要有承受各方面環(huán)境影響的力氣，比方機(jī)械的〔應(yīng)力，搖擺，沖擊等、化學(xué)的〔氣體，溫度，腐蝕介質(zhì)等、物理的〔溫度壓力，加速度等〕等；并且極大關(guān)注。ＭＥＭＳ封裝經(jīng)過十幾年的進(jìn)展，其工藝已經(jīng)比較成熟，消滅了不少比較完善的封裝形式。目前比較常用的ＭＥＭＳ封裝形式有無引線陶瓷芯片載體封可以分為單芯片封裝，晶圓級封裝，多芯片模塊和微系統(tǒng)封裝三個(gè)級別。３．１ 晶圓級封裝晶圓級封裝工藝是指帶有微構(gòu)造的晶片與另一塊經(jīng)腐蝕帶有空腔的晶片鍵〔硅帽這種方法使得微構(gòu)造體處于真空或惰性氣體環(huán)境中，提高了器件的品質(zhì)因數(shù)Ｑ體免受污染是很有效的方法。３．２ 芯片級封裝３．２．１倒裝片封裝倒裝片封裝不僅在微電子領(lǐng)域，而且在ＭＥＭＳ領(lǐng)域都是系統(tǒng)封裝和集成〔芯片和襯底。這種技術(shù)的芯片與襯底之間的距離成間隙，可以通過倒裝片凸活動部件的運(yùn)動?，F(xiàn)在這種封裝一般使用傳統(tǒng)的壓模封裝技術(shù)或液體密封。３．２．２微球柵陳設(shè)〔μＢＧＡ〕球柵陳設(shè)封裝是利用球狀焊盤作為連接點(diǎn)進(jìn)展外表安裝的芯片封是真正意義的芯片級封裝，它承受薄的柔性電路體作為它的襯底，上形成矩形陣列，模片的反面暴露以利于散熱。３．２．３單片系統(tǒng)〔ＳｙｓｔｅｍｏｎＣｈｉｐ〕實(shí)際上并不能被劃分ＳｏＣ芯片包含微處理芯片，存儲器，信號處理電路和ＭＥＭＳ器件等。３．３ ＭＥＭＳ封裝進(jìn)展趨勢封裝技術(shù)和閱歷，向芯片規(guī)模封裝，圓片級封裝和三維封裝方向進(jìn)展。機(jī)械的加工，精細(xì)把握，微弱信號的變換與檢測等提出了很高的要求。目前，ＭＥＭＳ測試技術(shù)的爭論在國際上已引起了高度重視，針對不同的Ｓａｎｄｉａｎ國家試驗(yàn)室爭論的ＭＥＭＳ器件牢靠性測試系統(tǒng)［５，麻省理工學(xué)院的Ｆｒｅｅｍａｎ教授領(lǐng)導(dǎo)爭論的基于計(jì)算機(jī)視覺的ＭＥＭＳ測試系統(tǒng)［６Ｂｒｅａｋｅｌｅｙ系統(tǒng)，如ＥＴＥ