高深寬比微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)研究.pdf

1、高深寬比微結(jié)構(gòu)加工的技術(shù)有很多，但是目前主流工藝有兩種，其一是ICP-RIE，感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)；其二是LIGA工藝，一種基于X射線光刻技術(shù)。
　　第四代的半導(dǎo)體封裝技術(shù)的出現(xiàn)—TSV（Through Silicon Via），再一次對硅深刻蝕提出了更高技術(shù)指標。TSV技術(shù)主要采用ICP-RIE工藝，將MEMS技術(shù)應(yīng)用于未來的主流封裝技術(shù)將會進一步加快MEMS產(chǎn)業(yè)的速度。本論文的研究重點之一是ICP-RIE?；?英寸的英國

2、STS公司的multiplex ICP高密度反應(yīng)離子刻蝕機，以Al作為掩膜層材料，探討ICP-RIE刻蝕機理，以及各個階段的刻蝕狀態(tài)。在該系統(tǒng)中有很多參數(shù)變化量，比如平板功率，刻蝕/保護時間周期，腔室內(nèi)的壓強等。通過對各個系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，得出硅以及二氧化硅的刻蝕速率、選擇比與各個參數(shù)的關(guān)系。通過正交試驗，模擬出刻蝕工藝的理想系統(tǒng)參數(shù)，該系列參數(shù)可以加工出極致的深寬比，同時還能夠很好的控制側(cè)壁的垂直度。其深寬比約為25：1，以及側(cè)壁垂直度

3、為90°1°，且刻蝕的平均速率為2.5μ m/min。
　　采用LIGA工藝制作高深寬比結(jié)構(gòu)與上述ICP-RIE工藝是兩種截然不同的工藝。LIGA工藝的光源是能量極高的X射線，這種差異使得在制作掩膜版時需格外注意。文中以制作微針陣列為例，研究出了一種可以用于精密加工LIGA器件的掩膜版補償技術(shù)。
　　然而，微針陣列側(cè)壁的刻蝕，使得實際加工的微針與微針模型存在差異。為了方便模型的建立，我們以典型的四棱錐實心微針的掩膜版補償為例

4、展開研究。文中掩膜版補償模型的建立和仿真主要針對以下因素，其一隨著光刻深度的增加X射線在PMMA結(jié)構(gòu)中的吸收率也在變化，其二掩膜版吸收能量后會發(fā)生橫向擴散。當然影響微針陣列結(jié)構(gòu)的還有很多因素，比如菲尼爾衍射，顯影液張力的影響等等。
　　具體如下，將橫坐標離散化，通過模擬每一個單位時間微針的各個橫坐標點的縱向刻蝕深度來優(yōu)化掩膜版補償后的形狀。垂直刻蝕的非線性變化可以直接地通過不同位置系數(shù)的相乘進行縱向模擬，而橫向能量的擴散可以通過三

5、角函數(shù)的方法將其反映到相鄰點的縱向深入位移上，并進行疊加，因此可以計算出光刻掩膜版的刻蝕形狀。再經(jīng)過掩膜版的遮擋比率的循環(huán)比較，可以得出掩膜版形狀的優(yōu)化數(shù)值。
　　通過觀察仿真結(jié)果，最大程度的矯正了未經(jīng)補償?shù)腖IGA掩膜版帶來的失真。X射線掩膜版從等腰三角形變?yōu)闄E圓形使得微針陣列的強度得到增強。該種微針的材質(zhì)為PMMA，有足夠的強度和尖度，可作為鎳電鍍工藝大批量生產(chǎn)的模版。文中最后拓展了掩膜版補償方法的應(yīng)用，希望該模型的建立對其他