在MEMS加工中 光刻胶的应用
汇报人：邹应全 教授 （北京师范大学）
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-ElectroMechanical Systems(美国)微 机电系统 ，也称为微机械（日 本）或微系统（欧洲）。 它是指可批量制作的，集微型机 构、微型传感器、微型执行器以 及信号处理和控制电路、直至接 口、通信和电源等于一体的微型 器件或系统。
MEMS应用前景
航空 航天 军事
继续研发中
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。
（1）MEMS概述
理论基础： 几乎涉及自然 科学的所有内 容
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
SU-8 产品系列： SU-8 SU-8 2000 SU-8 3000
其他光刻胶无可 比拟的优点
侧壁陡直 机械性能 绝缘性能 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。
SU-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200μm 表面张力较小
高灵敏度 高对比度 好的蚀刻阻抗性 高分辨力 易于处理 高纯度 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
（3）光刻胶的选择
(3)LOR双层Lift-off 专用光刻胶
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
LOR双层Lift-off 专用光刻胶
MEMS
特点
（1）MEMS概述
优势
技术利益： 经济利益： 1.大批量的并 行制造过程； 2.系统级集成； 3.封装集成； 4.与IC工艺兼 容。
MEMS尺寸 在毫米到 微米之间， 甚至更小， 是独立的 智能系统
1.高精度； 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
（1）MEMS概述
微观尺寸技术 的演进 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 批量生产：降低生产成本 集成化 学科交叉 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
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
电子束光刻
紫外光
离子束光刻 X射线光刻 激光直写 微立体光刻成型
无掩模曝光机
美国IMP
390nm LED
μPG501 Tabletop Maskless Aligner System
HEIBELBERG INSTRUMENTS
微立体光刻成型
80年代：硅静电微 马达
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
安全气囊防护系统
21世纪
陀螺来测定汽车倾斜
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约几十亿 美元的汽油费。 例如：美国研发的一种微型惯性测量装 置的样机，尺度为2厘米×2厘米×0.5 厘米，重5克
三维结构与片状单元之间的关系
用MSL制作的微齿轮微管道
（2）MEMS工艺—光刻技术
性能 指标
分辨率 灵敏度 粘附性 抗腐蚀性 稳定性 针孔密度 留膜率
（3）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
在MEMS加工和实验 过程中光刻胶的选 择至关重要
MEMS加工 对光刻胶的 硬性要求
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
KMPR
具有与SU-8 接近的侧壁 效果 易于去除
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 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！
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 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）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
MEMS研究内容
技术基础研究：学者们的研究重点
微机械设计、微机械材料、微细加工、 微装配与封装
在各学科领域的应用研究：
（2）MEMS工艺—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） 基底树脂+溶剂+（感光化合物） 光刻机
MEMS
基础
掩膜版
半导体制作技术
（2）MEMS工艺—光刻技术