MEMS

Les Systèmes Micro-Électro-Mécaniques (MEMS) sont des dispositifs ou systèmes intégrés combinant des composants mécaniques et électriques sur une seule puce, dont la taille varie généralement de quelques microns à plusieurs millimètres. Les MEMS fonctionnent comme des microsenseurs (par ex. accéléromètres, capteurs de pression, commutateurs optiques, composants RF, gyroscopes), des microactionneurs (par ex. micromiroirs, vannes) ou des sondes (par ex. broches, ressorts et cantilevers) permettant à un système d’interagir avec son environnement. Ce sont des composants essentiels dans la technologie moderne, stimulant l’innovation dans de nombreux domaines, tels que les télécommunications, l’électronique automobile, les dispositifs grand public, l’aérospatiale, les équipements de test semi-conducteurs et la santé.

Le défi : principaux obstacles dans la fabrication des MEMS

La fabrication des dispositifs MEMS présente plusieurs défis importants qui diffèrent de la fabrication standard de circuits intégrés (IC), notamment lors des phases de R&D et de production en faibles à moyennes séries :

• Haute résolution dans des résists épais : Les dispositifs MEMS nécessitent souvent des couches épaisses de photorésist pour former des microstructures 2,5D et 3D complexes, ce qui complique la lithographie. Obtenir une résolution fine et des parois verticales dans ces couches épaisses est difficile, surtout pour les structures à grand rapport d’aspect.
• Variété des matériaux : La fabrication des MEMS utilise des substrats divers (silicium, verre, polymères) et plusieurs types de photorésist, chacun ayant des propriétés thermiques, chimiques et mécaniques distinctes. Cela exige des techniques de façonnage très flexibles capables de gérer de manière fiable des matériaux variés et des surfaces non planes.
• Correction d’alignement et de distorsion : Dans les MEMS multicouches, un alignement précis entre les couches (placement exact des motifs) est crucial. Des problèmes tels que la déformation des wafers, les variations de processus et le déplacement des dies peuvent affecter gravement le rendement de fabrication et les performances des dispositifs lorsqu’on utilise des systèmes à masque fixe traditionnels.
• Développement des procédés : Le développement des MEMS nécessite souvent plusieurs cycles itératifs de conception-fabrication-test (DBT). L’absence d’outils de fabrication standardisés et polyvalents augmente le temps, le coût et l’expertise nécessaires pour passer d’un concept à un procédé manufacturable.

La solution : lithographie sans masque flexible et haute précision

Les systèmes avancés de Maskless Aligner (MLA) et Direct Write Laser (DWL) de Heidelberg Instruments répondent directement à ces défis de fabrication, offrant la flexibilité et la précision nécessaires à la production de MEMS de nouvelle génération :

• Pas de photomasques requis : Éliminez les coûts et les délais liés aux masques grâce au façonnage numérique, idéal pour le prototypage et la production flexible de MEMS en petites séries, comme la fabrication de cartes de sondes.
• Correction dynamique et haut rendement : L’autofocus en temps réel et la correction dynamique des distorsions maintiennent une exposition uniforme sur des substrats voilés ou ondulés tout en compensant les problèmes liés au processus, comme le déplacement des dies, garantissant une précision d’alignement optimale et un rendement maximal sur des matériaux difficiles.
• Polyvalence des substrats : Compatible avec les wafers en silicium et en verre ainsi qu’avec des substrats polymères de presque toutes tailles et formes.
• Lithographie en niveaux de gris : Permet la création de microstructures 2,5D complexes et d’éléments optiques (par ex. microlentilles) avec des gradients de hauteur variables en une seule étape d’exposition. L’exposition en niveaux de gris peut également être utilisée pour ajuster de manière optimale la dose en fonction des variations locales d’épaisseur de résist sur des substrats non plans ou pré-structurés.
• Structures à grand rapport d’aspect : Les modes dédiés permettent la fabrication de structures hautes à grand rapport d’aspect jusqu’à 1 mm de hauteur avec des parois latérales raides, essentielles pour de nombreux microactionneurs et capteurs.
• Alignement arrière : De nombreux dispositifs nécessitent des motifs sur les deux faces du substrat. Nos méthodes dédiées d’alignement arrière garantissent une correspondance précise entre les motifs avant et arrière, essentielle pour les structures traversant le wafer, les cavités et les géométries 3D complexes.
• Flexibilité d’exposition à double longueur d’onde : La possibilité d’utiliser les longueurs d’onde 375 nm et 405 nm permet de réaliser des motifs sur une large gamme de photorésists couramment utilisés dans la fabrication des MEMS.

Flexibilité et évolutivité ultimes

Du µMLA d’entrée de gamme pour petits échantillons, aux systèmes MLA 150 et DWL 66⁺ validés en R&D, jusqu’aux séries à haut débit MLA 300 et VPG⁺ pour la production industrielle sur grands substrats, notre plateforme prend en charge l’ensemble du cycle de développement des MEMS.