摘要：要使MEMS的各种应用潜力全部发挥出来，必须开发专用的工具和与之相配套的工艺。但当前的CMOS技术和现有的缩减式步进曝光机即可将MEMS的功能集成到许多类型的IC中，从而使器件制造商节省制造成本并提高用户的功能性。

　　由于微系统技术（MST）及其下一代产、品微电子机械系统 （MEMS）的功能正成功地和基于CMOS工艺技术的电子功能相集成，他们正在迅速成为主流技术。采用CMOS兼容技术制造而成的MEMS器件主要包括压力传感器和射频元件等。促成这一发展趋势的因素有很多。这些因素涉及提高器件的功能性，制造越来越小的终端产品，以及通过在一块晶圆上容纳很多的MEMS器件的方法达到节省制造成本的目的等。
　　在许多情况下，提高功能性都是由集成实现的。将滤波器、天线或加速度计以及驱动IC或放大器装在同一个小面积的器件中就能使电子或通信设备增添许多新的功能。这类实例包括摄像机和多频段手机中的振动控制等。此外，采用功能合成的方法使器件尺寸缩小也可达到减小电子设备体积的目的。这种方法可为原始设备制造商（OEM）节省制造成本，同时还可为用户提供更多的便利条件。手机外形因数的缩小即是一个显而易见的例子。
　　对商品化的IC晶圆 IC wafers增加MEMS技术可提高每片晶圆的附加值，并可打开对技术创新的大门。采用这种方法，半导体制造商可使其产品实现更高的利润;然而值得注意的是，降低每一个功能的制造成本并不总是一种实现MEMS与CMOS集成的有效动力，因为我们必须认识到，由制造一块复合叠层引起的良率问题可能会成为一种负担。
　　更加高效地利用现有的设备是推动MEMS朝着与CMOS工艺相集成的方向发展的另一个因素。在许多情况下，多年来一直用于IC生产的设备可轻易地进行改装而用于CMOS兼容的MST工艺。因此，一种类型的工具既可生产MEMS器件也可生产驱动IC，很显然这样会使设备的体积相对较小。与上述的技术创新相结合，这种做法已成为被半导体工业界普遍接受的一种商业模式。
　　MST器件通常会非常小，这也就意味着一片晶圆上会容纳大量的器件。这即是为什么全球MEMS器件的晶圆生产要比主流IC产品少的一个重要原因。这也说明为什么目前的MEMS生产主要采用150mm或更小的晶圆。然而，MEMS器件与采用CMOS技术制造而成的驱动IC相集成可能会促成200mm晶圆在MEMS制造中的使用量有所增加，因为MEMS器件是在这些CMOS晶圆的上面制作而成的。

　　缩减式步进曝光机
　　所有的考虑都会得出这样一个事实，即许多MEMS制造工艺目前都在运行中或正在向缩减式步进曝光技术转移。值得注意的是，这会为MEMS制造领域带来许多额外的利润。尽管老式的缩减式步进曝光技术总是遵循国际半导体技术蓝图（ITRS）所制定的有关分辨率和叠层（overlay）性能的相关规定，但MEMS制造却有着不同的要求。这些要求取决于特定的器件，主要包括：
　　● 大聚焦深度和厚光刻胶的曝光;
　　● 相对结构尺寸而言，极其严格的CD控制;
　　● 用于衬底双面处理的双面校准工艺;
　　● 在高深宽比结构情况下的大聚焦-校准偏移;　
　　● 对大面积器件进行曝光时具有良好的接缝和对接控制 ;
　　● 材料处理（小晶圆，甚至是材料片）的灵活性。
　　现有缩减式步进曝光技术仅满足几项要求，而其它几项要根据MEMS制造行业的特殊要求而设立。

　　CD的一致性
　　能满足这一挑战的已有的特点就是对缩减式步进曝光机（图1）进行极佳的CD（关键尺寸或线宽）控制。该CD控制主要应用于光学器件领域。光学器件的线宽变化必须非常小（例如，对2～3mm的大线条而言应<50nm）;而对压力传感器而言，其压电元件的尺寸必须得到很好的控制（如30um结构应好于0.5mm）才能使传感器获得较大的线性性能范围。
　　另一个已有的在缩减式曝光机上实现MEMS技术的条件是先进的厚i线光刻胶所具有的良好的感光灵敏度。按照ITRS规划，厚光刻胶和高深宽比的要求根本不存在，但最近的发展已表明i线照明所特有的潜力（图2）。

　　校准能力
　　正如ITRS要求的结果一样，缩减式步进曝光机促进MEMS制造的另一个能力即是极佳的校准能力。有几种衍生的能力都源自于这一基本的特点，多数都是额外工程处理与开发努力的结果：
　　● 在高深宽比结构情况下的大聚焦-校准偏移;　
　　● 用于衬底双面处理的双面校准工艺。
　　利用一些老式步进曝光机所具有的优越的校准激光束角度控制能力即可实现较大的聚焦-校准偏移，从而可使层-层叠层的控制好于150nm，结构布局达100mm。
　　MEMS制造商的一个重大突破就是在双面处理领域取得的亚微米校准性能。与此同时，该技术还可用于工业生产平台。在ASML公司，该校准技术被称为3DAlign，它主要基于一组两个（或四个）靶 - 校准标识器 - X方向和Y方向上都有一个光栅。通过缩减式透镜将激光束引导到标识器上，并对含有相位光栅对比信息的反射激光束信号进行检测，这样就提供了一种十分精确的校准方法（图3）。在过去的二十年中，这种所谓的通过镜头[Through-The-Lens (TTL)]校准技术的实用价值已在各种使用前侧校准的半导体应用中得到证实。
　　乍一看，这种校准方式似乎既精确又简便：曝光晶圆台装有一对（或两对）光学组件，可通过它们将校准激光束引导至晶圆背面的校准标记器上。反射的信号会在晶圆的聚焦平面中形成一个校准标记的图像，且校准步骤会持续进行，就像是标准的前侧TTL校准。但在校准循环期间的现场之后，会有重大的校准，对光学特性进行基准调整和表征，从而达到相对和绝对定位的目的。晶圆台的建立意味着有数百个独立的设计参数。
　　同时，这些特点会使批量生产环境的精度得到空前的提高。双面校准能力是用于诸多光学和惯性MEMS器件制造的重要处理技术之一，也是化合物半导体制造的后道工艺中用于背面通孔制作的重要手段，还可用作系统封装（SiP）器件的支持技术。采用3DAlign技术可使衬底相对面上器件层的重叠性能<250 nm，这样就可产生许多新的器件和工艺技术。

　　小片材料的处理
　　要求MEMS制造中具有最大灵活性的能力是指小片材料的处理能力。采用昂贵的衬底材料，结合器件开发（多数为低产能工艺）的研究与开发特点使小片（晶圆）处理成为一项要求。正因如此，已经开始对现有缩减式步进曝光机进行专门的开发，如图4中示出的10 × 10 mm小片处理技术等。目前已证实它是用于InP和超导衬底材料领域研究与开发的一种比较划算的处理技术。
　　总之，全面开发MEMS的各种应用潜力最终会需要新的专门工具和与之相配套的工艺。但目前半导体制造商得到的好消息是，IC工艺技术和现有的缩减式步进曝光机即可将MEMS功能集成到各种类型的IC中，这样即可为器件制造商节省制造成本并可提高终端用户的功能性。
　　致谢：MicroChem 公司. (Newton, Mass.) 和 日本 Kayaku责任有限公司　 (东京) 提供了对i线光刻胶曝光扫描电子显微镜（SEM）检测。