化学机械抛光(Chemical & Mechanical Polishing,CMP)工艺已运用于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)中, 并逐渐成为研制高品质微纳器件不可或缺的一道关键技术。区域压力调整、抛光终点检测等技术已经引入到CMP工艺, 确保片内不均匀性(Within-wafer Nonuniformity, WIWNU)小于5%, 同时有效减小“蝶形”和“腐蚀”等抛光缺陷。CMP在MEMS领域中的运用工艺过程更为复杂, 抛光对象更为多元, 表面质量要求更高。结合硅、介质层、石英、锗、铂和聚合物等自行开发的CMP工艺以及抛光后清洗处理, 详细讨论和阐述CMP工艺如何运用于MEMS领域。实验结果表明, 采用CMP工艺, 结合抛光液改进和兆声清洗, 不仅可以实现薄膜的全局平坦化, 而且可以获得高品质的超薄基底、无损的硬质应变薄膜和用于低温直接键合的表面粗糙度小于0.5 nm键合表面。CMP 技术是研制高品质的可应用于MEMS 器件的基底和薄膜的有效手段。

为了获得平滑的硅湿法腐蚀表面,在硅湿法腐蚀中引入超声技术。对超声湿法腐蚀系统进行了改进,以确保腐蚀溶液的顶部和底部温差在0.5 ℃之内。采用60 ℃,10 %质量分数的KOH溶液,在超声频率为59 kHz,超声功率为60～180 W(间隔10 W)条件下对(100)硅片进行湿法腐蚀。最后,运用激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)对腐蚀后硅片表面粗糙度进行测量,并探讨超声参数的选择对腐蚀表面质量的影响。实验结果表明:超声功率在120 W时,可以获得平滑的腐蚀表面,表面粗糙度Rq值为0.020 μm。在湿法腐蚀系统中采用超声技术,可以明显改善腐蚀表面质量,在较低温度和较低浓度的KOH溶液中,选择合适的超声参数可获得高品质的腐蚀表面。

研究了激光共焦扫描显微镜(LSCM)在微结构分析中的应用,综述了该项应用的优势。LSCM的高分辨率和光强调节功能,使其可用于大角度测量;与图像处理系统相结合,便于微结构的定性和定量分析;而全自动样片台沿X轴和Y轴的自动扫描实现了图像的拼接功能。实验结果表明:运用LSCM测量的斜面最大角度至少可以达到50°;在悬臂梁的形貌分析中,可获得清晰的三维形貌,同时通过二维定量分析精确测得其形变为3.145μm;在100×物镜下,运用拼接功能获得384μm×288μm的视场面积,解决了高放大倍数下,在单帧显微图像中无法获取所观测对象全貌的问题。LSCM在微结构分析中的应用弥补了其它形貌分析设备测量功能上的不足,提升了微机电系统的测试水平。