「MEMS解讀」MEMS微制造工藝簡介

小型化是MEMS產(chǎn)品的突出特點，隨著微系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，一些MEMS器件的尺寸已進(jìn)入亞微米級。這些微小尺寸的器件已非傳統(tǒng)加工工藝所能完成。從而發(fā)展出一系列對這些器件的加工技術(shù)，即MEMS工藝或微系統(tǒng)加工工藝。

目前工業(yè)中應(yīng)用的MEMS微機(jī)械加工技術(shù)包括：體硅微加工（Bulk Micromachining)、表面微加工(Surface Micromachining)、LIGA工藝（光刻、電鑄和模造），三種工藝方法各有其優(yōu)勢和局限性。

1、體硅微加工

體硅微加工是一種通過各向異性或各向同性刻蝕襯底的方法在硅襯底上制造各種機(jī)械結(jié)構(gòu)器件的技術(shù)。其特點是設(shè)備簡單、投資少，但只能做形狀簡單的器件，深寬比小的器件。是通過對硅材料的腐蝕得到的，消耗硅材料較多(有時稱作減法工藝），而且只能以硅材料為加工對象。圖八是利用硅的各向異性刻蝕加工的硅質(zhì)光實驗臺的掃描電鏡圖。

2、表面微加工技術(shù)

表面微加工主要是靠在基底上逐層添加材料，通過用表面生長方法及光刻法在表面制造各種微型機(jī)械結(jié)構(gòu)器件。在襯底頂面沉積和刻蝕如金屬、多晶硅、氮化物、氧化物、有機(jī)材料等。通常使用的沉積技術(shù)是蒸鍍、濺射、絲印、CVD（化學(xué)氣相沉積）、電鍍，等等，也使用干刻蝕和濕刻蝕技術(shù)。其特點是通過在硅材料上添加各種材料形成所希望的結(jié)構(gòu)，可制作比較復(fù)雜的零件，但技術(shù)比較復(fù)雜，設(shè)備也比較昂貴。圖九是表面微加工件示

3、LIGA微細(xì)加工技術(shù)

LIGA加工是德語光刻(Lithographie)、電鍍（也稱電鑄）(Galvanoformung)和壓模(Abformung)的簡稱。LIGA技術(shù)可加工金屬、塑料等非硅材料，同時可加工深寬比大的零件，這是體微加工和表面微加工難以做到的。但該工藝要通過同步加速器輻射裝置產(chǎn)生的高能射線作為主要的加工方法，設(shè)備昂貴，投資大。

下圖是一個LIGA工藝加工的例子。首先在一個金屬底板上放置一層PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，有機(jī)玻璃），然后在其上放置一塊模板，在用同步加速器裝置產(chǎn)生的高能射線來刻蝕PMMA，最后形成所需要的空腔，然后通過電度的方法把空腔填滿，再脫去PMMA，即得到所需要的金屬齒輪。

MEMS器件和系統(tǒng)的封裝和測試也是MEMS技術(shù)發(fā)展的重要方面，因為這部分技術(shù)復(fù)雜，其成本在整個MEMS器件或系統(tǒng)中有時占有很大比重。而且，基于MEMS器件的不同結(jié)構(gòu)和功能，MEMS器件的封裝具有多樣性和復(fù)雜性，封裝方法和質(zhì)量對器件工作的可靠性影響重大。

例如，MEMS器件或系統(tǒng)內(nèi)具有運動功能的部分必須保證可靠地工作，從外部獲取信息的傳感結(jié)構(gòu)（如壓力計、硅麥克風(fēng)）需要長期穩(wěn)定地工作，都與傳統(tǒng)IC的封裝有著巨大的差別。因此，新型封裝技術(shù)在不斷開發(fā)之中，例如采用晶圓級全硅封裝技術(shù)，一次完成成千上萬個器件的封裝，可大幅度縮小體積、降低成本、提高器件或系統(tǒng)的可靠性。

由于MEMS器件結(jié)構(gòu)和功能的多樣性也決定了其測試的多樣性。MEMS器件通常包含用于傳感和執(zhí)行的活動部件，需要進(jìn)行動態(tài)參數(shù)的測量，例如微鏡的穩(wěn)定時間動態(tài)特性，傳感器的位移幅度以及懸臂梁的諧振頻率。這種情況下，除了一般電參數(shù)的測量，需要精密的、實時的以及高分辨率的無創(chuàng)性檢測技術(shù)。

MEMS器件動態(tài)特性的光學(xué)測量就是一種有效的測試手段。先進(jìn)的光學(xué)測量技術(shù)對MEMS器件在開發(fā)過程中了解其全視野動態(tài)響應(yīng)，完成各種不同的物理特性的多種參數(shù)（尺寸、薄膜厚度、臺階高度、橫截面、粗糙度、壓力、靜摩擦、彈性模量、響應(yīng)時間、熱膨脹、諧振頻率，等等）的測量。