光刻胶在微机电系统（MEMS）加工中的应用
光刻胶在 MEMS（微机电系统）加工中的应用
MEMS 和传统集成电路最大区别：IC 以薄层、超高分辨率为主；MEMS 需要大量三维、厚层、高深宽比、可动机械结构，光刻胶不只是临时掩膜，还可以直接作为器件结构材料、电铸模具、微流控母版等。
一、核心功能
图形转移、临时掩膜（最基础）涂胶→前烘→曝光→显影，把掩膜图形转到衬底；之后作为保护层，用于：
DRIE 深硅刻蚀（Bosch 工艺）：制备加速度计、陀螺仪、压力传感器的悬臂梁、质量块、沟槽、腔体；要求光刻胶耐等离子轰击、附着力强、不发生钻蚀、图形不倒塌（如 SPR 220、AZ 系列厚正胶）
湿法刻蚀：SiO₂、Si₃N₄、金属层腐蚀，定义引线、电极窗口
剥离工艺（Lift-off）：金属/介质薄膜图形化，做微镜、加热电极、压电电极
离子注入：掺杂区域定义，用于压阻式压力传感器、MEMS 开关
电铸/电镀模具（厚胶核心场景）厚光刻胶成型出镂空模具，在凹槽内电镀镍、金、铜，脱模后得到金属微结构；典型：微型齿轮、电磁线圈、MEMS 执行器、射频微开关。SU‑8 是主流。
直接作为永久结构材料SU‑8 曝光交联后化学、热稳定性很好，可以留在器件里，不再去除：
微流控芯片通道、围堰、微柱母版（PDMS 倒模），生物 MEMS、液滴芯片
光学 MEMS：光栅、微透镜阵列、光纤对准结构
封装支撑、隔离柱、限位挡块
电子束光刻胶，用于超精细 MEMSPMMA、ZEP、HSQ，适合特征尺寸几百纳米以下：谐振器、纳米梁、超高灵敏度微传感器、纳米流控结构
二、MEMS 常用光刻胶分类与典型用途
| 类型 | 代表 | 特点 | MEMS 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 普通正胶 | AZ5214E、S1813 | 薄胶、易去胶、分辨率好 | 薄层图形、电极、通孔、剥离工艺 |
| 厚层正胶 | SPR 220、AZ4620 | 可做到十几～几十 μm，抗干法刻蚀 | DRIE 掩膜、厚层图形、电镀模具 |
| 负胶（环氧厚胶） | SU‑8 | 单层可达几百 μm、高深宽比、侧壁陡；固化后极难去除 | 微流控母版、电铸模具、永久结构、微光学元件 |
| 电子束胶 | PMMA、ZEP520A、HSQ | 超高分辨率 | 纳米 MEMS、微谐振器、精细光栅 |
SU‑8 是 MEMS 标志性光刻胶：365 nm I 线曝光，深宽比可做到 10:1 以上；缺点是完全交联后去胶困难，所以工艺上要提前确定是“牺牲层/模具”还是“永久保留结构”
三、典型器件场景举例
压阻 MEMS 压力传感器：正胶定义压阻条窗口、金属引线，再用厚胶做背部腔体刻蚀掩膜
MEMS 加速度计/陀螺仪：多层光刻，厚光刻胶作为 DRIE 掩膜，加工悬浮质量块、弹性梁；多层套刻对准要求高
微镜阵列（光学 MEMS）：光刻胶做剥离工艺形成反射金属层，SU‑8 做支撑柱、隔离结构
微流控芯片（BioMEMS）：SU‑8 在硅片上做出凸起通道母版，浇注 PDMS，得到微通道芯片
MEMS 超声换能器、压电阵列：光刻胶定义压电薄膜电极、空腔
四、MEMS 对光刻胶的特殊要求（对比 IC）
厚膜、高深宽比成型能力：需要大粘度配方、可控的内部曝光均匀性，否则侧壁倾斜、底部显影不干净
耐等离子刻蚀（DRIE）：深硅刻蚀长时间等离子轰击，普通薄胶很快被消耗
多衬底附着力：硅、氧化硅、氮化硅、玻璃、金属、压电薄膜，容易出现脱胶、钻蚀
热稳定性：后续溅射、退火、键合（阳极键合、共晶键合），不能回流变形
两种去向兼容：一部分场景需要后续彻底去胶（牺牲掩膜）；一部分直接保留作为器件结构（SU‑8）
五、典型工艺痛点
SU‑8：厚层容易内应力大、开裂；曝光后交联，湿法去胶难度大，常需要等离子灰化+强剥离液组合
厚正胶：厚度越大分辨率越低，容易边缘圆角、图形坍塌
高深宽比结构：曝光焦深、驻波效应、底部曝光不足，导致侧壁质量变差
六、简要工艺流程（SU‑8 母版示例）
硅片预处理 → 旋涂 SU‑8 → 软烘 → 紫外曝光（365 nm）→ 曝光后烘（触发交联）→ 显影 → 硬烘固化 → 得到凸起微结构母版 → PDMS 倒模 / 电
