MEMS 중심의 미세 가공 기술은 집적 회로를 기반으로 형성되며 초정밀 가공, 심층 반응 이온 에칭, LIGA 및 준 LIGA 기술, 분자 조립 기술 등이 연속적으로 발전하고 있습니다. 처리 수단에는 전자빔, 이온빔, 광자빔(자외선, X-선 및 레이저 빔), 원자빔, 분자빔, 플라즈마, 초음파, 마이크로파, 화학 및 전기화학 등이 포함됩니다.

1.1 초정밀 가공 기술

초정밀 가공 기술은 절삭 공구를 사용하여 재료의 모양을 변경하거나 재료의 표면층을 파괴하여 필요한 모양을 얻기 위해 제거할 칩의 형태로 가공하는 기술입니다. 단결정 다이아몬드 공구 선삭 및 밀링, 마이크로 트위스트 드릴의 마이크로 드릴링 기술, 마이크로 연삭 기술 등이 여기에 해당합니다. 초정밀 가공은 복잡한 3차원 형상을 가공할 수 있는 것이 특징이며, 10~100μm의 작은 3차원 부품을 성공적으로 생산했습니다. 가장 작은 샤프트 직경은 10μm입니다.

1.2 실리콘 미세 제조 기술

실리콘은 가장 기본적인 미세 가공 재료이며, 미세 가공 기술에는 일반적으로 실리콘 재료가 사용됩니다. 실리콘 집적 회로 제조 기술의 연장선상에서 실리콘 미세 가공 기술은 주로 실리콘 소재를 기반으로 다양한 미세 기계 부품을 생산하는 것을 말합니다.

(1) 집적 회로 리소그래피

집적 회로 포토리소그래피 공정: 첫 번째 기판(주로 실리콘) 산화 처리로 SiO2의 보호막을 형성한 다음 보호막에 포토폴리머를 코팅하고, 규정된 광원 노출에서 마스크를 사용하고, 현상하고, 에칭제로 에칭하여 포토폴리머의 최종 제거 창 부분의 보호막을 에칭하고 동일한 미세한 그래픽의 그래픽을 얻고 마스크하는 과정입니다.

그래픽의 최소 피처 크기(해상도)에 영향을 미치는 요소는 포토폴리머의 노출 특성, 필름 층의 두께와 균일성, 광원 빔이 포토폴리머 층의 노출 특성(회절, 산란), 현상 및 에칭 처리 공정, 노출 방법 등에 영향을 미칩니다. 노출 방식에는 접촉식, 근접식, 투영식 세 가지가 있습니다. 접촉 노광은 μm 미만의 정확도를 얻을 수 있지만 노출 공정에서 마스크가 기계적 부하를 견디기 때문에 접촉 표면이 입자에 의해 긁히기 쉽기 때문에 대량 생산에는 적합하지 않으며, 노출 유형에 가깝게 마스크와 기판 사이에 20 ~ 50μm 간격으로 마스크의 마모를 줄이지 만 회절 효과로 인해 2μm의 한계 정확도; 투영 노출은 약 0.5μm의 구조의 정확도를 얻을 수 있습니다.

(2) 바디 마이크로 가공

볼륨 미세 가공을 통해 실리콘 미세 구조를 3차원으로 제작할 수 있으므로 실리콘 웨이퍼에서 직접 고종횡비 미세 기계 부품을 얻을 수 있습니다. 실리콘 웨이퍼는 광학 에칭으로 전처리된 후 노출된 레지스트 물질을 제거합니다. 레지스트에 이방성 에칭 용액을 선택적으로 사용하면 기판에 깊은 홈을 얻을 수 있으며, 남은 레지스트는 마스크로 사용할 수 있으며 최종 형태는 기판의 격자 방향에 의해서만 결정됩니다.

이 기술을 사용하면 교량, 보, 필름 등 다양한 구조물을 만들 수 있습니다.

대량 미세 가공을 통해 제작된 웨이퍼는 본딩 또는 기타 상호 연결 기술로 연결하여 복잡한 3차원 구조를 형성할 수 있습니다.

실리콘의 격자 방향이 일정하기 때문에 이 기술로는 단순한 원, 원통형 구멍 또는 부피를 형성할 수 없습니다. 웨이퍼를 정확하게 구성하려면 에칭 공정을 중단할 시점을 정밀하게 제어해야 합니다.

(3) 표면 미세 가공

표면 미세 가공 기술을 사용하면 기판 표면에서 자유롭게 서 있는 캔틸레버 구조 또는 박막을 만들 수 있습니다. 프로세스는 다음과 같습니다:

(i) 포토리소그래피에 의한 희생층 형성, (ii) 표면 물질 선택적 제거, (iii) 폴리실리콘 구조층 증착, (iv) 포토리소그래피 에칭, (v) 희생층 물질을 에칭하여 원하는 미세 구조를 얻는 과정으로 이루어집니다.

보다 복잡한 3차원 미세 구조를 얻기 위해 적절한 포토리소그래피 및 에칭 기술을 사용하여 희생층과 구조층을 각각 연속적으로 추가할 수 있습니다.

이 방법을 사용하면 여러 개의 얇은 층으로 구성된 최대 20μm 높이의 복잡한 3D 마이크로구조를 형성할 수 있습니다.

(4) 그레이 톤 리소그래피

포토리소그래피를 사용하여 향상된 미세 구조를 얻기 위해 그레이 톤 리소그래피라는 기술이 개발되었습니다. 특수 격자 스크린 포토 마스크를 사용하는 그레이 톤 포토 리소그래피는 변화 방향의 길이에 따라이 마스크의 투명도가 연속적이거나 불연속적 일 수 있으며, 이는 크롬 층의 두께를 변경하거나 매우 작고 정밀한 구멍 배열로 배치 된 층에서 달성 할 수 있으므로 레지스트의 다른 영역이 다른 광도를 받도록하여 부식 정도도 다르므로 구조의 특별한 부식을 얻을 수 있습니다.

(5) 리프트 오프 기술

스퍼터링으로 구조 재료를 증착할 때 용액으로 레지스트 층을 제거하면 그 위에 증착된 구조 재료가 레지스트와 함께 들어 올려지기 때문에 리프트 오프 기술이라는 이름이 붙었습니다. 이 기술은 에칭하기 어려운 금속의 제조에 특히 적합하며 통합 커패시터 제조에도 사용할 수 있습니다. 금속은 일반적으로 화학 기상 증착으로 증착되며, 주로 백금, 티타늄 또는 금이 사용됩니다.