MEMS微电子机械系统与流程工业自动化

　　1 引言

　　在20世纪8 0年代，随着美国借助半导体集成电路制造技术研制成功微米级的硅微型静电电机而形成了微机械领域。这期间德国卡尔斯鲁厄原子核物理研究中心发明了LIGA技术(LIGA，LithographieGalvanofomung Abfomung)，并制作出微加速度器、微型涡轮、微电机等多种微机械和微光学元件和系统。日本也研制出在硅衬底上制造几十微米大小的微连接铰链、弹簧、齿轮等构件。我国也于20世纪80年代末开展了微系统的研究工作。一个微传感器、微驱动器、微型机械(微型机器人)的研制热潮逐渐展开，到现在已经逐渐形成智能微系统的局面，而且科研以外，产业化已经形成，全球已有多家从事微传感器和系统的企业。

　　目前我们说的智能微系统，也就是美国称之为M E M S微电子机械系统(Micro ElectromechanicalSystems)，或称微机电系统，欧洲称为微系统。MEMS已把微机械、微电子、微光学等学科相互综合，并逐渐形成三维集成，以致多维集成系统，微机电系统逐步向集成化微系统、高级智能微系统过渡。美国已把MEMS作为21世纪三大科研重点之一(另外两项是航空航天和通信)。

　　MEMS微机电系统外形尺寸是指数厘米到数微米尺寸范围的系统，对于需要做成细长导管形式的微系统，其长度尺寸没有限制。MEMS一般是指1~10 0μm的微米系统，其操作尺度更小，或者说轮廓尺寸在毫米级，组成元件尺寸在微米数量级。而对于100~0.1nm的尺寸范围，因是以原子或分子尺度为研究对象的技术，通称纳米机械(分子机械)，不属于MEMS范围。MEMS系统的能源供给和信息传输有无线型和有线型两种。

　　随着尺度的微小化，要从微观领域中的材料强度及表面效应等基础领域开始，对加工制造、微系统集成化、信息的交换处理和传输，以及控制等一系列关键技术进行研究，具体关键技术有微系统材料、微细加工技术、微系统的基础单元、微系统的集成与控制技术、微系统的测试计量与评价技术、微系统的设计技术等。本文将就MEMS的制造技术展开论述。

　　2 半导体微加工技术及硅材料微机械加工技术

　　半导体微加工技术与半导体集成电路制造技术相兼容，它包括图形技术、刻蚀技术、薄膜技术。

　　图形技术一般由光刻来实现，在基板表面生成的二维图形要求减小基本图形的尺寸和提高精度，具体有分辨率、线宽、准确度、失真度和套刻精度等性能参数，光学系统分辨率ΔX取决于曝光采用的光源的波长λ。为了提高分辨率，而有采用波长更短的X射线、电子束、离子束等方法。

　　刻蚀技术是把用图形技术产生在基板表面形成的抗蚀剂图形，精确地转移到基板或基板表面薄膜上的技术。有减法和加法两种工艺，根据刻蚀是液相过程还是气相过程又可分为湿法和干法。干法刻蚀有多种方法，主要有等离子体刻蚀、离子束刻蚀(离子铣)、溅射刻蚀、反应离子刻蚀、反应离子束刻蚀。其中反应离子刻蚀已在超大规模集成电路的制造中广泛应用。