微纳米加工与宏观机械加工的区别.pdf

微纳米加工与宏观机械加工的区别 自从 1958 年美国德克萨斯公司试制了世界上第一块平面集成电路开始算起 , 在短短的 50 年中，微电子技术以令世人震惊的速度突飞猛进地发展，创造了人 间奇迹，而且仍处在方兴未艾的急速发展之中， 推动着整个社会各行各业的进步。 作为微电子技术工艺基础的微纳米加工技术， 是人类迄今为止所能达到精度最高 的加工技术。随着信息时代的到来，信息高速公路、网络技术、移动通信技术、 多媒体技术的飞速发展， 促进高集成度、 超高速、 超高频集成电路及器件研制开 发的特征尺寸越来越细， 加工尺寸从微米直到纳米尺度。 微纳米加工技术广泛地 应用于微电子、 微光学和微机械等微系统工程的微制造技术， 尤其是在卫星、 导 弹、火箭、飞船、遥感、测控、雷达、频踪、预警等航空航天、武器装备、国防 军工及与国家安全相关领域中。 人们从理论和实验研究中发现， 随着材料尺度的减小， 由于表面效应、 体积 效应和量子尺寸效应的影响， 材料的物理性能和采用该材料制作的器件特性等都 可能表现出与宏观体材料和相关器件特性显著不同的特点。 作为当前微观领域主 要加工方式的微纳米加工技术，也必然与宏观机械加工有着明显的不同。 首先，从零件成型方式来看， 宏观机械加工要经过模压成型和去除材料加工 两道基本的工艺。 而微纳米加工主要分解为薄膜淀积和光刻或刻蚀两个基本步骤。 如超大规模集成电路的加工就是通过制膜——光刻——掺杂——刻蚀——封装 五个基本步骤来完成。 第二，从去除材料方式来看， 宏观机械加工通过加工工具与材料的直接相互 作用来实现对材料的去除，如车削、铣削、磨削等。而微纳米加工去除材料的方 式主要是曝光、 刻蚀等， 加工工具不会与材料直接相互作用， 下图为平面微细加 工的基本过程。 第三，从三维角度来看，宏观机械加工可以直接实现三维的去除材料加工， 而微纳米加工技术一般只能形成二维平面结构或者三维结构， 其三维结构的实现 主要通过二维结构叠加而成。如下图中的微马达即多层淀积、刻蚀的结果。 第四，从装配来看。 宏观机械加工首先实现对单个零件的加工， 然后通过螺 栓、焊接等多种联接方式来完成装配。而微纳米加工中，由于零件尺寸很小，无 法实现装配，其多采用直接在一个基体上通过掩模和多层堆积方式来实现整个传 统系统的加工。如上图的微马达。 最后，从应用材料领域来看， 目前的各种材料基本上都可以通过宏观机械加 工的方式加工出我们想要的形状， 实现其功能用途。 而微纳米加工受其目前工艺 流程的制约，多采用 Si 材料等对光敏感的材料，同时也可沉积一些金属材料层 等，但这些材料层多为直接成型，不易加工。