随着智能手机、平板电脑、汽车、机器人以及物联网（IoT）设备的不断发展，人们对微型化和高性能微机电系统（MEMS）的需求也日益增加。然而，目前普遍使用的旋涂工艺在处理高纵横比（1:1及更大）且尺寸微小（100微米及以下）结构时存在明显局限。简单来说，当涂覆深井或狭窄通道时，旋涂工艺往往会导致涂层分布不均匀，这对复杂MEMS器件的制造是一大难题。
旋涂工艺的局限性
在20世纪80年代，旋涂工艺因其速度快、均匀性好等优点成为主流的光刻胶涂覆方法。然而，随着摩尔定律推动芯片技术向更小尺寸演进，MEMS器件的特征尺寸也逐渐变小。在这些情况下，旋涂工艺会出现两种常见的涂覆失效问题：要么光刻胶飞过深孔而在底部留下空隙，要么完全填充深井并在侧壁上形成过薄的涂层。这些问题会导致器件性能不稳定，甚至完全失效。
例如，在一个400微米深、100微米宽的沟槽中，旋涂光刻胶无法形成均匀的涂层，因此需要一种新的方法来解决高纵横比结构中的涂覆问题。传统涂覆技术已经无法满足现代MEMS器件的要求。
超声波雾化技术的优势
超声波雾化技术通过超声波振动将液体转化为极细的液滴，从而实现更加精确和均匀的喷涂效果。与旋涂不同，超声波雾化不会因为表面张力而导致液体在高纵横比结构中分布不均。此外，超声波喷嘴具有自清洁功能，不易堵塞，因此在长时间的生产过程中能够保持稳定的喷涂效果。
液滴的均匀性是超声波雾化技术的一大优势。超声波雾化所产生的液滴大小非常均匀，这一点在处理更小的特征尺寸（小于50微米）时尤为重要。这意味着在深沟槽和微型结构中，液滴能够更好地填充细微区域，避免空隙或涂层厚度不均的问题。
超声波雾化工艺的可控性
超声波雾化在工艺控制方面也具有显著优势。因为雾化过程中液滴几乎没有动能，喷涂羽流可以通过低速气流来塑形，工程师可以精确地控制涂层的干湿度和涂覆均匀性。比如，通过调整喷嘴的高度，可以影响液滴在到达基板表面之前的蒸发程度，从而实现更好的涂层质量控制。
这种可控性使得超声波雾化技术在处理不同特征尺寸和复杂几何结构时具有很大的灵活性。相比传统的喷涂技术，它能够更稳定地生成所需的涂层厚度和形态。因此，超声波雾化技术可以在不使用昂贵的原子层沉积（ALD）工艺的情况下，实现同样复杂的结构涂覆效果，从而显著降低生产成本。
光刻胶工艺的介绍
光刻胶在MEMS制造中起着至关重要的作用。其主要工艺步骤包括：将光刻胶涂覆在晶圆表面，随后通过紫外光照射、显影，形成特定图案的掩膜层，并利用化学蚀刻工艺对基板进行局部处理，最终去除光刻胶，留下蚀刻后的结构特征。光刻胶的厚度直接影响分辨率和涂层质量，因此在高纵横比工艺中尤为关键。
超声波雾化技术能够更好地控制光刻胶在深沟槽中的分布，从而避免传统旋涂工艺中可能产生的涂层厚度不均问题。这种技术不仅能够涂覆较深的沟槽，还能够在垂直壁面上形成一致的涂层，提升了整体工艺的可靠性。
应用前景和总结
超声波雾化技术在光刻胶涂覆中展现了显著的优势，尤其是在处理复杂的MEMS结构时具有无可比拟的效果。虽然当前该技术面临与传统涂覆工艺的竞争，但其在涂覆均匀性、重复性和自清洁能力方面表现出色。
该技术可能会在原子层沉积（ALD）工艺中得到进一步应用，极大提升MEMS器件的制造能力。然而，由于ALD工艺成本高昂，目前超声波雾化仍是复杂MEMS设计和制造的最佳选择。总体而言，超声波雾化技术因其出色的均匀性和灵活性，已经成为一种能够稳定实现高性能MEMS器件涂覆的可靠方法。
文章结论
超声波雾化技术能够在大气条件下实现高精度光刻胶涂覆，并且在高纵横比特征结构中表现出色。相比传统工艺，超声波雾化能够更均匀地覆盖复杂结构，且具有更好的生产重复性。这一技术的成功应用为未来高性能MEMS器件的制造提供了新的解决方案。