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1、在在MEMSMEMS加工中加工中 光刻胶的应用光刻胶的应用 汇报人：邹应全 教授 （北京师范大学） 报告提纲报告提纲： （1）MEMS概述 （2）MEMS工艺光刻技术 （3）光刻胶的选择 （1）MEMS概述 MEMS-Micro-Electro- Mechanical Systems(美国美国)微微 机电系统机电系统 ，也称为微机械（日，也称为微机械（日 本）或微系统（欧洲）。本）或微系统（欧洲）。 它是指它是指可批量制作可批量制作的，集的，集微型机微型机 构、微型传感器、微型执行器构、微型传感器、微型执行器以以 及及信号处理和控制电路信号处理和控制电路、直至、直至接接 口、通信和电源口、通信
2、和电源等于一体的微型等于一体的微型口、通信和电源口、通信和电源等于一体的微型等于一体的微型 器件或系统。器件或系统。 （1）MEMS概述 MEMS 微观尺寸技术 的演进 特点 微型化：体积小、重量轻、耗能 低、惯性小 以硅为主要材料，机械电器性能 优良：硅的强度、硬度和杨氏模 量与铁相当，密度类似铝，热传 导率接近钼和钨 MEMS 学科交叉 特点 导率接近钼和钨 批量生产：降低生产成本 集成化 多学科交叉：涉及电子、机械、 材料、制造、信息与自动控制、 物理、化学和生物等多种学科 （1）MEMS概述 MEMS尺寸 在毫米到 优势 经济利益： 1.大批量的并 技术利益： 1.高精度； 2.重量轻
3、，尺寸 微米之间， 甚至更小， 是独立的 智能系统 行制造过程； 2.系统级集成； 3.封装集成； 4.与IC工艺兼 容。 2.重量轻，尺寸 小； 3.高效能。 （1）MEMS概述 MEMS发展史 70年代：微机械压力传 感器 80年代：硅静电微 马达 90年代：喷墨打印头，硬 盘读写头、硅加速度计和 数字微镜器件等相继规模 化生产 （1）MEMS概述 21世纪 安全气囊防护系统 陀螺来测定汽车倾斜 21世纪 数字微镜芯片光交换系统 （1）MEMS概述 民用 例如：美国研制成功用于汽车防撞和节 油的微机电系统加速度表和传感器，可 提高汽车的安全性，节油10%。仅此一 项美国国防部系统每年就可节
4、约几十亿 美元的汽油费。 航空 例如：美国研发的一种微型惯性测量装 MEMS应用前景 例如：美国国防部高级研究计划局已演 示以微机电系统为基础制造的加速度表， 它能承受火炮发射时产生的近10.5个重 力加速度的冲击力，可以为非制导弹药 提供一种经济的制导系统。 航天 置的样机，尺度为2厘米2厘米0.5 厘米，重5克 军事 继续研发中 （1）MEMS概述 几乎涉及自然 科学的所有内 容 理论基础： 尺寸缩小，许多物理现象与宏观有很大区别 许多原来的理论基础都会发生变化 MEMS研究内容技术基础研究： 在各学科领域的应用研究： 微机械设计、微机械材料、微细加工、 微装配与封装 学者们的研究重点 （
5、2）MEMS工艺光刻技术 光刻技术光刻技术 唯一不可缺少 的工艺步骤 光刻胶（光致抗蚀剂） 光刻机 基底树脂+溶剂+（感光化合物） MEMS 基础 半导体制作技术半导体制作技术 掩膜版 （2）MEMS工艺光刻技术 三种光刻方法三种光刻方法 接触式曝光接近式曝光投影式曝光 光刻工艺的发展光刻工艺的发展 电子束光刻电子束光刻 离子束光刻离子束光刻 X X射线光刻射线光刻 无掩模曝光机无掩模曝光机 美国IMP 紫外光 X X射线光刻射线光刻 激光直写激光直写 微立体光刻成型微立体光刻成型 PG501 Tabletop Maskless Aligner System HEIBELBERG INSTRU
6、MENTS 390nm LED 美国IMP 微立体光刻成型微立体光刻成型 三维结构与片状单元之间的关系三维结构与片状单元之间的关系 用用MSLMSL制作的微齿轮微管道制作的微齿轮微管道 （2）MEMS工艺光刻技术 分辨率 灵敏度 粘附性 性能性能 指标指标 粘附性 抗腐蚀性 稳定性 针孔密度 留膜率 （3 3）光刻胶的选择光刻胶的选择 光刻胶本身性能指 标的差异 加工类型，加工要 求，加工成本 高灵敏度 高对比度 好的蚀刻阻抗性 高分辨力 在在MEMSMEMS加工和实验加工和实验 过程中光刻胶的选过程中光刻胶的选 择至关重要择至关重要 MEMS加工 对光刻胶的 硬性要求 高分辨力 易于处理 高
7、纯度 长寿命周期 低溶解度 低成本 较高玻璃化转化温度 正性胶和负性胶性能对比正性胶和负性胶性能对比 （3）光刻胶的选择（3）光刻胶的选择 一般水溶液处理，相对环保；显 影特点决定了正胶可轻易获得孤 啊立的洞和槽 (3)LOR双层Lift-off 专用光刻胶(3)LOR双层Lift-off 专用光刻胶 LORLOR双层双层LiftLift- -off off 专用光刻胶专用光刻胶 高分辨率，可用 于0.25微米以下 的Lift-off工艺 Undercut结构可 控，溶解速率易控，溶解速率易 于调节 基底粘附力好 与大部分光胶兼 容 良好的耐热稳定 性 去胶容易，剥离 干净 （3 3）光刻胶的
8、选择光刻胶的选择 (3) Micro Chem KMPR (4) Micro Chem SU-8 一般有机溶液处理；显影 特点决定了负胶可轻易获 得孤立的线和柱子 SUSU- -8 8 产品系列： SU-8 SU-8 2000 SU-8 3000SU-8 3000 其他光刻胶无可其他光刻胶无可 比拟的优点比拟的优点 侧壁陡直侧壁陡直 机械性能机械性能 绝缘性能绝缘性能 耐温性能耐温性能 在近紫外光范围内光吸收率 低，有较好的曝光均匀性； 在前烘过程中有自平整能力， 所以在厚胶领域，独占鳌头。 SUSU- -8 8 （本课题组供图） SU-8 2000系列： 深宽比大于10:1 单层厚度0.5到200m 表面张力较小 SU-8 3000系列： 用于永久性结构制作 深宽比大于5:1 比起之前系列有更好的基底粘附力 更不易产生内应力积累 KMPRKMPR 具有与SU-8 接近的侧壁 效果 易于去除易于去除 结语结语： 低成本，微尺寸，智能完善的MEMS，拥有极大 的进步空间和发展潜力，将是未来制造业的必的进步空间和发展潜力，将是未来制造业的必 然发展趋势。光刻胶作为MEMS工艺的重要组分， 必须不断推陈出新迎合蓬勃发展的MEMS制造业。 性能优异，环境友好的光刻胶终将走出实验室， 实现大规模的生产与应用。 谢谢大家谢谢大家！
