MEMS加工技術及其工藝設備

3童志義Ｓｉ的利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對硅材料進展加工，形成硅基ＭＥＭＳ器電鑄成型和鑄塑形成深層微構(gòu)造的方法。其中硅加工技術與傳統(tǒng)的ＩＣ工藝兼為目前ＭＥＭＳ的主流技術。隨著電子，機械產(chǎn)品微小化的進展趨勢，將來１０年，微機械Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ與微機電ＭＥＭＳ產(chǎn)業(yè)將漸漸取代半導體產(chǎn)業(yè)成為主流產(chǎn)當前，微機械與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相關系統(tǒng)市場將增長１０倍〔見表１，因此，把握組件／模塊技術將有利于將來在ＭＥＭＳ市場取得主動權(quán)。微系統(tǒng)的增長包括微電子機械和最近對半導體產(chǎn)業(yè)設備和工藝開發(fā)具有重傳統(tǒng)刻蝕、淀積工藝之外的一些的進展趨勢正在引起人們更多的關注。１ ＭＥＭＳ加工技術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。光學光刻，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設備和技術以及一些還未流行的設備的工藝目前正被用于ＭＥＭＳ的納米技術從目前看來，對于大多數(shù)半導體產(chǎn)業(yè)來說，承受光學光刻區(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、微技術難度要高。ＭＥＭＳ加工技術是在硅平面技術的根底上進展起來的，雖然歷史不長，要可分為硅基微機械加工技術和非硅基微機械加工技術。１．１硅基微機械加工技術１．１．１體硅微機械加工這種加工是將整塊材料，如單晶硅基片加工成微機械構(gòu)造的工藝，與微電各向異性化學濕法腐蝕技術，ｂ．熔解硅片技術，ｃ．反響離子深刻蝕技術。１．１．２外表微機械加工技術這種技術是利用集成電路的平面加工技術加工微機械裝置，被加工的微機微機械裝置。這種技術的最大優(yōu)點是在與ＩＣ工藝完全兼容，但是，它制造的機械構(gòu)造系統(tǒng)，但是微型元件的布局平面化和剩余應力等問題必需在設計中予以考慮?！玻薄畴娮邮饪淘趻呙桦娮语@微鏡根底上進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要求的ＭＥＭＳ器件加工。２聚焦離子束光刻利用聚焦離子束設備修復光掩模和集成電路芯片經(jīng)過１０～１５年的進展〔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〔ＳＰＬ〕掃描探針加工技術作為一種無掩模的加工手段，因其所需設備簡潔和加工〔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復合微機械加工技術優(yōu)點，同時也抑制了二者的缺乏。１．２非硅基微機械加工技術１．２．１ 工技術ＬＩＧＡ加工技術包括三個根本步驟，即借助于同步輻射Ｘ光實現(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技術實現(xiàn)三維構(gòu)造；〔３〕由于承受微復制技術，可降低本錢，進展批量生產(chǎn)。２．２．２激光微機械加工技術ＬＩＧＡ技術雖然具有突出的優(yōu)點，但是它的工藝步驟比較簡潔，本錢費ＥＭＳ加工技術進展的方向。激光微機械加工技術依靠轉(zhuǎn)變激光束的強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。該技術承受感應耦合等離子體〔ＩＣＰ〕源系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的反響離子刻蝕〔ＲＩＥ，電子盤旋共振〔ＥＣＲ〕等刻蝕技術相比，有更大的各向異工藝過程。同時還承受了射頻電源相控技術使離子源電源和偏壓電源的相位同到充分發(fā)揮。ＩＣＰ刻蝕技術可以到達很高的深寬比〔＞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的膠光刻工藝作為高深寬比微機械制造的關鍵工藝，成為微機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系列負性膠［２］學性能，在紫外光范圍內(nèi)光吸取度低，整個光刻膠層可獲得均勻全都的曝光量。ＫａｒｌＳｕｓｓ公司的ＭＡ－６雙面對準光刻機曝光，獲得了膠膜厚度為１μｍ，深寬比值為１０，側(cè)壁陡峭直度達８５°以上的高深寬比，高陡直［３］較成功的光學光刻設備有奧地利的ＥＶＧ公司的ＥＶ６００系列雙面對準鍵合機，德國ＫａｒｌＳｕｓｓ公司的ＭＡ－６雙面光刻機以及荷蘭ＡＳＭＬ公司的Ｍｉｃｒａｌｉｇｎ７００系列和ＳＡ５２００系列掃描投影和分步投影光刻機。２ 三維外表光刻的抗蝕劑噴涂技光刻工藝成為必需。標準的傳統(tǒng)旋涂技術用于三維構(gòu)造的片子時，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)移動這種集成技術便是由澳地利ＥＶＧ公司獨家享有的ＯｍｎｉＳｐｒａｙ技術。使用該技術通過對深度構(gòu)造片子的銳凸角噴涂抗蝕劑 已實現(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為眾多的ＭＥＭＳ構(gòu)造和設計穎的互連構(gòu)造以及先進的封裝用途供給了一種寬闊形貌作圖力氣。３ ＭEＭＳ封裝技術非電信號，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，比方機械的〔應力，搖擺，沖擊等、化學的〔氣體，溫度，腐蝕介質(zhì)等、物理的〔溫度壓力，加速度等〕等；并且極大關注。ＭＥＭＳ封裝經(jīng)過十幾年的進展，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域，而且在ＭＥＭＳ領域都是系統(tǒng)封裝和集成〔芯片和襯底。這種技術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動?，F(xiàn)在這種封裝一般使用傳統(tǒng)的壓模封裝技術或液體密封。３．２．２微球柵陳設〔μＢＧＡ〕球柵陳設封裝是利用球狀焊盤作為連接點進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封裝進展趨勢封裝技術和閱歷，向芯片規(guī)模封裝，圓片級封裝和三維封裝方向進展。機械的加工，精細把握，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國家試驗室爭論的ＭＥＭＳ器件牢靠性測試系統(tǒng)［５，麻省理工學院的Ｆｒｅｅｍａｎ教授領導爭論的基于計算機視覺的ＭＥＭＳ測試系統(tǒng)［６Ｂｒｅａｋｅｌｅｙ系統(tǒng)，如ＥＴＥ