微机电系统

克服制造挑战，采用无掩膜光刻技术

微机电系统（MEMS）是集成器件或系统，将机械和电气组件结合在单个芯片上，尺寸通常从几微米到几毫米不等。
MEMS 可作为微传感器（如加速度计、压力传感器、光开关、射频组件、陀螺仪）、微执行器（如微镜、阀门）或探针（如针、弹簧和悬臂梁），使系统能够与其环境交互。
它们是现代技术中的关键组件，推动了包括电信、汽车电子、消费设备、航空航天、半导体测试硬件和医疗保健在内的众多领域的创新。

挑战：MEMS 制造中的关键障碍

MEMS 器件的制造面临多个重大挑战，这些挑战与标准集成电路（IC）制造不同，尤其是在研发和中低批量生产阶段：

在厚光刻胶中实现高分辨率： MEMS 器件通常需要厚光刻胶来形成复杂的 2.5D 和 3D 微结构，这使光刻过程更加复杂。
在如此厚的层中实现精细分辨率和垂直侧壁非常困难，尤其是在涉及高纵横比时。
材料差异： MEMS 制造使用多种基材（硅、玻璃、高分子）以及多种类型的光刻胶，每种材料具有不同的热、化学和机械性能。这要求具备高度灵活的图案化技术，能够可靠地处理不同材料和非平面表面。
叠加与畸变校正： 在多层 MEMS 中，层间的精确对准（准确的图案定位）至关重要。晶圆翘曲、工艺偏差以及芯片偏移等挑战，在使用传统固定掩膜系统时，会严重影响制造良率和器件性能。
工艺开发： MEMS 开发通常需要多个迭代的设计-构建-测试（DBT）循环。缺乏标准化、通用的制造工具会增加将器件从概念转化为可制造工艺所需的时间、成本和专业知识。

解决方案：灵活且高精度的无掩膜光刻技术

海德堡仪器的先进无掩膜对准机（MLA）和直接写激光（DWL）系统系列，直接应对这些制造挑战，提供下一代 MEMS 制造所需的灵活性和精度：

无需光掩膜： 通过数字化图案化，消除掩膜成本和延迟，非常适合原型设计以及灵活的 MEMS 批量生产，例如探针卡制造。
动态校正与高良率： 实时自动对焦和动态畸变校正在补偿工艺引起的问题（如晶片偏移）的同时，保持对翘曲或波纹基板的均匀曝光，确保卓越的叠加精度并最大化在挑战性材料上的良率。
基板多样性： 兼容硅片和玻璃晶圆，以及几乎所有尺寸和形状的聚合物基板。
灰度光刻： 在单次曝光步骤中，实现具有不同高度梯度的复杂 2.5D 微结构和光学元件（例如微透镜）的制造。
灰度曝光还可用于根据非平面或预结构化基底上的局部光刻胶厚度变化，优化剂量调节。
高纵横比结构：专用模式支持制造高达 1 毫米高度、侧壁陡直的高纵横比结构，这对于许多微型执行器和传感器至关重要。
背面对准： 许多器件需要在基片的两侧都有结构。我们专用的背面对准方法确保前后图案的精确匹配，这对于贯穿晶圆的结构、腔体以及复杂的三维几何形状至关重要。
双波长曝光灵活性： 可同时使用 375 nm 和 405 nm 波长，实现对 MEMS 制造中常用的多种光刻胶进行图案化。