développement MEMS Passé et présent
systèmes micro-électromécaniques, également connus sous le nom de MEMS, un dispositif micro est une combinaison de la technologie mécanique et électronique, la taille de pas plus de 1 mm. En 1959, le célèbre physicien Richard Feynman (Richard Feynman) en physique à la réunion annuelle de l'Institut de technologie de Californie a publié un rapport intitulé « Il y a beaucoup de place en bas (en bas, il y a beaucoup de place), » le discours célèbre, d'abord proposé Micro le concept de machines. En 1987, l'Université de Californie, Berkeley, les scientifiques apprendre la technologie de circuit (IC) intégré, pour produire seulement 100 microns de diamètre micro-moteur silicium micro électrostatique, et une épaisseur considérable d'un cheveu humain, qui est considéré comme un signe de l'ère MEMS. Depuis lors, la technologie MEMS dans l'ère de développement rapide, divers produits MEMS émergents, la technologie de pointe utilisée dans une variété de domaines.
Micromoteur électrostatique silicium micro-usiné
MEMS nos vies
La technologie MEMS est largement utilisé dans l'imagerie aérospatiale de défense nationale, optique, biochimie médicale, les communications micro-ondes et l'industrie automobile. Par exemple micromiroirs utilisant des accéléromètres, micro projecteur avec la voiture, à l'aide de l'imprimante micro-buse, facilite grandement la vie et la production du peuple. La figure en utilisant la technologie de micro-usinage pour la production d'accéléromètre micro interdigitées, il est condensateur à plaques standard. Modification de l'accélération de mouvement de la masse mobile entraîné en changeant ainsi la capacité de l'espacement de la plaque bipolaire et la zone d'alignement, calculé en mesurant les variations de capacité d'accélération, sont largement utilisés dans l'électronique automobile.
accéléromètre interdigité
dispositif de micro-miroir numérique sous la figure (DMD) mis au point par Texas Instruments (TI). La technologie DMD est aussi appelée « technologie de traitement numérique de la lumière. » des centaines de milliers de contrôle à des millions de minuscules miroirs d'information numérique, des quantités différentes de la lumière émise à. Chaque zone de micromiroir de seulement 16 x 16 microns, les rangs de micromiroirs disposés en une matrice, chaque micromiroir peut faire un angle positif de 10 degrés ou 10 degrés moins 0/1 inversé sous la commande d'un signal numérique binaire.
DMD
La fabrication d'un dispositif MEMS
Volume si petit et dispositif hautement intégré est de savoir comment faire sortir? dessin manufacturières MEMS abondamment dans la lithographie des circuits intégrés, la gravure et les processus de revêtement et analogues. La technologie de Lithography est le plus difficile, et plus étape cruciale de l'ensemble du processus de la technologie de micro-usinage . Le soi-disant photolithographie est commandée par le faisceau lumineux, la mince couche de surface de résine photosensible « gravure » nous avons besoin d'un motif, un faisceau de lumière à travers l'emplacement de la nature chimique de la résine photosensible va changer, par le développeur d'immersion supprimera la partie irradiée (réserve positive) ou gauche (resists négatifs), le schéma de principe représenté sur la figure.
exposition
développeur positif Photorésistance
le développement de la gomme négative
Divisé selon le type de source lumineuse de la machine de lithographie, les techniques de lithographie dominantes actuelles comprennent lithographie par rayons X, la lithographie UV et la lithographie par faisceau d'électrons et analogues. Est la longueur d'onde principale de la source de lumière influencer la précision de la lithographie, en raison de la limitation de la longueur d'onde de la source de lumière, l'exposition aux rayons X peut obtenir une précision de l'ordre de 50 nm, la précision de l'exposition à la profondeur d'environ 100 nm ou une source de lumière ultraviolette, et la longueur d'onde d'un électron est faible, et donc la lithographie par faisceau d'électrons la précision d'usinage peut être réalisé dans 10nm.
lithographie par faisceau d'électrons avec sa haute résolution, des performances stables, des caractéristiques relativement faible coût, devenant ainsi l'un de la prochaine génération lithographie plus d'attention, ci-dessous le Massachusetts Institute of Technology ont utilisé la technologie de traitement de lithographie par faisceau d'électrons la largeur de 2.2nm.
largeur d'exposition de faisceau d'électrons à 2.2nm
Comparaison de la résolution Lithography
Principe de la lithographie par faisceau d'électrons
Le principe de base consiste à utiliser une lithographie par faisceau d'électrons à des électrons à grande vitesse a atteint la surface de la résine photosensible, les propriétés chimiques de résine photosensible changement . Il existe deux types de lithographie par faisceau d'électrons pour produire l'une émission thermique électronique, une autre émission de champ. Le chauffage de la chaleur émise par le matériau de cathode est une température élevée, de sorte que les électrons acquièrent une énergie suffisante pour échapper à la cathode; cathode à émission de champ est placé dans un champ électrique de haute intensité, la force forte du champ électrique des électrons à partir des chaînes d'électrons du noyau. principe d'exposition de faisceau d'électrons à écriture directe est un spots de faisceau d'électrons focalisé frappé directement sur la surface de résine photosensible, ne nécessite pas réticule d'usinage coûteux et un système optique de projection coûteux, les méthodes de traitement plus souples qui, pour les petits vrac de lithographie du dispositif, dans la pratique plus largement utilisé.
Catégorie lithographie par faisceau d'électrons
la lithographie par faisceau d'électrons selon le mode de réalisation peut être divisée en deux types d'exposition, l'exposition de projection et d'exposition d'écriture directe. En contrôlant l'exposition par projection irradiation par faisceau d'électrons d'un motif de masque, le motif de masque est projeté sur la surface de la résine photosensible, le motif de masque est transféré sur une plaque de résine photosensible, principe similaire à la caméra, l'objet comme masque, la résine photosensible comme un film, par irradiation de la lumière projetée sur l'objet sur le film, comme représenté sur la Fig.
Un type de projection d'exposition par faisceau d'électrons
écriture réticule lithographique directe n'a pas besoin d'un contrôle direct de la trace du faisceau d'électrons par un champ magnétique en fonction d'une surface irradiée trajectoire prédéterminée de la résine photosensible, transfert de motif est terminée, comme la peinture, semblable à un crayon à faisceau d'électrons, le papier photolithographie similaire colle, et un champ magnétique semblable à nos mains, le dessin d'une image animée crayon par une commande manuelle.
la lithographie par faisceau d'électrons à écriture directe
piliers de lithographie par faisceau d'électrons: photoresist
la lithographie par faisceau d'électrons est très important dans le domaine de la technologie de fabrication de micro-nano. Donc, en particulier dans le processus de lithographie par faisceau d'électrons est une sorte de comment elle? Quels sont les principaux facteurs qui influent sur l'effet de la lithographie est? Ici, nous y répondrons.
Resist position dans la lithographie par faisceau d'électrons est important, il est le matériau de base pour la lithographie par faisceau d'électrons en Chine et aussi une grande planche courte, se fondent principalement sur les importations. Les différentes exigences de processus du dispositif MEMS selon choisir la résine photosensible de type droit est essentiel. À l'heure actuelle, on utilise un faisceau d'électrons résist PMMA, ZEP520A HSQ, et analogues, un procédé de photolithographie et ses principales caractéristiques indiquées dans le tableau suivant.
Caractéristiques de base du faisceau d'électrons utilisés résistent
PMMA résister en raison de la haute résolution, le contraste, et a une bonne stabilité thermique et chimique, le coût nettement plus faible que les deux autres. On notera en particulier que la polarité du plastique PMMA n'est pas déterminé, en vertu d'une exposition à une dose puissante montrera la nature négative de la gomme. Prenant en plastique PMMA par exemple, décrit le processus d'écriture directe lithographie par faisceau d'électrons.
Sur la base des processus de lithographie par faisceau d'électrons de PMMA
Typiquement, le procédé de lithographie par faisceau d'électrons MEMS écoulement principal dans l'ordre: la préparation de la surface du substrat, résine photosensible est revêtue, précuite, exposition à un faisceau d'électrons, de développement, de fixation, et le procédé de dépôt de métal, telles que les liaisons en plastique. L'ensemble du processus de lithographie plus complexe, photolithographie schéma d'ensemble ci-dessous.
Le processus de lithographie par faisceau de PMMA
(1) le prétraitement de la surface du substrat
la rugosité de surface tranche, à faible coefficient de dilatation thermique, couramment employé dans une plaquette MEMS photolithographique selon le substrat. Pour assurer un revêtement de résine photosensible uniforme, des solutions chimiques nécessitent l'utilisation de nettoyage de la surface, rincé à l'eau déminéralisée et séché.
(2) spin-on résister
procédés de revêtement sont un procédé de revêtement par centrifugation, un procédé de revêtement par pulvérisation et époxy méthodes quantitatives. Etant donné la viscosité élevée PMMA, l'épaisseur du revêtement généralement pas supérieure à 1 micron, le plus souvent un procédé de revêtement par centrifugation. La résine photosensible déposé sur le centre de la tranche avec la plaquette en rotation à grande vitesse, une résine photosensible uniformément recouverte de la tranche entière sous l'action de la force centrifuge, comme illustré ci-dessous.
rotation revêtement photoresist un schéma
(3) avant la cuisson
Précuisson l'évaporation du solvant photorésistant boîte, et la force de liaison entre les plaquettes plus fort. Précuisson peut conduire à un film de durcissement excessif, le durcissement du film éliminer l'effort défavorable dans celui-ci, avant l'évaporation du solvant ne soit pas complètement séchage insuffisant, défauts du film, la présence de matière plastique flottant phénomène au cours du développement.
résister à la cuisson
(4) Exposition
l'étape d'exposition de lithographie par faisceau d'électrons est l'étape la plus complexe, les dimensions du motif exposé affectent directement la précision de la précision dimensionnelle des pièces. Effet sur l'effet de l'exposition de la dose maximale d'exposition, si la dose d'exposition est insuffisante, se produire lorsque le développement du photorésist restant sur la surface de la tranche, le motif développé est incomplet, de forme irrégulière.
(A) sous-exposée (b) une exposition normale
Si la dose d'exposition est augmentée dans une certaine mesure, les zones exposées présenteront un négatif propriétés de résistance en plastique PMMA, ne peut être enlevé après le développement. FIG. I est le laboratoire en utilisant un faisceau d'électrons écriture directe ligne de coeur cartésien lithographique, la ligne de coeur de l'équation du paramètre d'entrée, et définir une dose d'exposition plus grande, de sorte que la réserve négative les propriétés de PMMA, motif de ligne de coeur obtenue après le développement.
lithographie par faisceau d'électrons cardioïde cartésien
(5) développer
Développeur dissout les parties exposées de la résine photosensible (résist positif) ou les parties non exposées (réserve négative), un graphiques principaux processus de génération. La clé est de contrôler le processus de développement pour déterminer le type de développeur et le temps de développement, en outre, le rapport de la température de solution de développement ont également un effet significatif sur la qualité de l'image.
(6) durcie
Connu sous le nom de cuisson durci dur, l'objet de résine photosensible est obtenu par cuisson révélateur restant gomme de moule et évaporer fixateur, tout en augmentant la force de couplage entre la résine photosensible et le substrat, le temps de cuisson dépend de la température de la lumière la colle peut être gravé de type et de l'épaisseur du film après le revêtement par centrifugation, le cas peut être durci en place du film se replier, comme représenté sur la Fig.
effondrement de moules en plastique
(7) en matière plastique pour le dépôt de métal, et
Par la conception du motif désiré sur le matériau un matériau de remblayage dispositifs de photoresist telle que métallique ou non métallique est déposée, après élimination de l'excès de résine photosensible, on peut obtenir un dispositif souhaité, ce qui en principe est similaire à l'usinage d'injection. À l'heure actuelle, chemin de dépôt de métal micro électroformage, pulvérisation cathodique, dépôt en phase vapeur ou analogue, mais dans le micro et la galvanoplastie de taille nanométrique dans la solution d'électroformage étant donné que la présence de la tension superficielle, il est difficile à mouler dans le gel. Par conséquent, la principale méthode de pulvérisation cathodique à magnétron et l'évaporation thermique. PMMA soluble en plastique dans de l'acétone, de l'acétone a été sélectionné en tant que colle pour dissoudre la résine photosensible, le film de résine photosensible est dissous vacant, une machine de nettoyage à ultrasons de film métallique mince pour supprimer le flottement, de sorte que le métal de silicium pour ne retenir que nous devons dispositif MEMS.
Et dépouillant le procédé de dépôt métallique
résumé
la lithographie par faisceau d'électrons est de loin les techniques de lithographie la plus haute résolution, en raison de la dépréciation par méthode ne ont pas besoin masque coûteux et prend du temps, le travail flexible, a attiré une grande attention, avec l'industrie pour améliorer en permanence les exigences techniques des MEMS , la lithographie par faisceau d'électrons est devenu une nouvelle technologie MEMS pilier.
Source: Beijing Direction de l'Académie chinoise des sciences
