MEMS加工技术及其工艺设备VIP免费

1MEMS加工技术及其工艺设备童志义MEMS是微电子技术与机械，光学领域结合而产生的，是20世纪90年代初兴起的新技术，是微电子技术应用的又一次革命性实验。MEMS很有希望在许多工业领域，包括信息和通讯技术，汽车，测量工具，生物医学，电子等方面成为关键器件，把在Si衬底上的MEMS与IC集成在一起，还可以产生许多新的功能。但是制造MEMS的加工技术主要有三种，第一种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件；第二种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造出小机器，再利用小机器制造出微机器的方法；第三种是以德国为代表的LIGAC德文Lithograpie—光亥U,Galvanoformung—电铸的Abformung-塑铸三个词的缩写）技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和铸塑形成深层微结构的方法。其中硅加工技术与传统的IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且该方法适合于批量生产，已经成为目前MEMS的主流技术。随着电子，机械产品微小化的发展趋势，未来10年，微机械Mieromachine与微机电MEMS产业将逐渐取代半导体产业成为主流产业，为此，日本，美国一些著名企业均开始加强其MEMS组件/模块制造能力。当前，微机械与MEMS产业已被日本政府列入未来10年保持日本竞争力的产业，虽然目前MEMS组件/模块市场主要集中在一些特殊应用领域，但未来的5〜10年内，MEMS组件/模块市场规模将扩大到目前的3倍，MEMS相关系统市场将增长10倍（见表1）,因此，掌握组件/模块技术将有利于未来在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大影响的纳米技术。光学式电子束直写光刻与湿法蚀刻硅工艺的结合，促进了早期的MEMS技术的发展。最近，随着感应耦合等离子体刻蚀系统在深度垂直侧壁结构的应用使MEMS在单晶硅的开发成为可能。与此同时，半导体多晶硅的淀积和刻蚀工艺在复杂的多层MEMS系统中也获得成功的应用。而在硅材料和传统刻蚀、淀积工艺之外的一些新的发展趋势正在引起人们更多的关注。1MEMS加工技术传统的制造业依赖大量的关键机械设备和有关的工艺，这些设备和工艺已有几十年甚至上百年的历史了。例如铸造、锻造、车削、磨削、钻孔和电镀等均是一个综合的制造环境所必不可少的。这些设备和工艺与大量的其它物理和化学手段及工艺均用作制造环境的基础，它们在半导体产业中均具有其相应的替代技术。光学光刻，耦合等离子刻蚀，金属的溅射涂覆，金属的等离子体增强化学汽相淀积和介质隔离以及在掺杂工艺中的离子注入和衬底处理，现都已成为集成电路制造中的常规工艺。基于电子束制版和光学投影光刻及电子束直写光刻这种基本的图形加工技术现已成为先进的纳米尺寸作图技术的主要角色。上述的这些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的纳米技术制造，且成为微时代的微机械加工设备，三维微细加工的主要途径有光刻、准分子激光加工、LIGA、UV—LIGA、体硅加工技术和深度反应离子刻蚀等。从目前看来，对于大多数半导体产业来说，采用光学光刻分辨力小至30nm2的可能性不可排除。其它的一些准备用于光学加工受到限制的替代技术有X射线技术或极紫外投影光刻，电子束投影光刻（SCALPEL）以及接近式X射线光刻。所有这些技术将与电子束直写系统和聚集离子束系统一起用于纳米尺寸光刻，并正在日益进入更为宽阔的MEMS的纳米技术应用领域。除了这些粒子束设备以外，基于扫描隧道显微镜（STM）原子力显微镜（AFM）的探针系统也能用于光刻，进行分子的原子级材料的加工处理。从工艺上讲，MEMS的制造技术分为部件及子系统制造工艺和封装工艺、前者包括半导体工艺、集成光学工艺、厚薄膜工艺、微机械加工工艺等；后者包括硅加工技术、激光加工技术、粘接、共熔接合、玻璃封装、静电键合、压焊、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，区别在于其包含有微传感器、微执行器、微作用器、微机械器件等的子系统，相对静态微器件的系统而言，MEMS的加工技术难度要高。MEMS加工技术是在硅平面技术的基础上发展起来的，虽然历史不长，但发展很快，已成为当今最重...