在我們享受著越來(lái)越小巧、功能越來(lái)越強(qiáng)大的電子產(chǎn)品時(shí)，你是否想過(guò)，是什么讓這些精密的“小玩意兒”得以誕生？答案之一，就藏在名為“MEMS”（微機(jī)電系統(tǒng)）的微小世界里。MEMS技術(shù)，如同一個(gè)神奇的微縮工廠，將電路、傳感器、執(zhí)行器等集成在微小芯片上，將傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)縮小到微米甚至納米尺度。從我們手機(jī)里的加速度計(jì)，到汽車(chē)上的安全氣囊傳感器，再到精密的醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備，MEMS無(wú)處不在，深刻地改變著我們的生活。

制造這些微小的“機(jī)器”需要極其精密的工藝。MEMS制造工藝很大程度上借鑒了半導(dǎo)體和微電子技術(shù)，其中，“光刻”便是至關(guān)重要的一環(huán)。你可以把光刻想象成一種極其精細(xì)的“印刷”或“雕刻”技術(shù)，它利用光能，在特殊的光敏材料（光刻膠）上“繪制”出微小的圖案，最終形成器件的結(jié)構(gòu)。

隨著MEMS器件向著更高集成度、更復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)展，許多應(yīng)用場(chǎng)景（尤其是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域）需要制造具有“高深寬比”的結(jié)構(gòu)——簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是結(jié)構(gòu)非?！案摺倍罢薄１热?，在生物芯片中，我們需要制造微小的“管道”來(lái)操控液體，這些管道可能只有幾微米寬，但深度卻要達(dá)到幾十甚至上百微米。這就好比要在一塊薄薄的基板上，雕刻出深而陡峭的峽谷。

為了實(shí)現(xiàn)這種“深溝高壘”般的結(jié)構(gòu)，常規(guī)的光刻膠往往力不從心。這時(shí)，“厚膠工藝”就閃亮登場(chǎng)了。厚膠，顧名思義，就是能夠形成非常厚涂層的光刻膠。其中，SU-8系列負(fù)性光刻膠用的最多。

SU-8膠之所以能制造高深寬比結(jié)構(gòu)，得益于它的特性。作為負(fù)性膠，它在受到紫外光照射后會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，變得堅(jiān)硬且耐腐蝕。更重要的是，它可以通過(guò)旋涂方式達(dá)到數(shù)百微米的厚度，并且曝光顯影后，形成的圖案邊緣近乎垂直，深寬比可以達(dá)到驚人的10:1！這使得它成為制造微流控通道、高密度電極等復(fù)雜MEMS結(jié)構(gòu)的理想選擇。

厚膠光刻工藝可以分解為一系列嚴(yán)謹(jǐn)而精妙的步驟：

預(yù)處理：像蓋房子需要平整的土地一樣，基板（通常是硅片、石英或玻璃）需要經(jīng)過(guò)清洗、干燥，有時(shí)還要進(jìn)行“熱烘”或使用特殊化學(xué)物質(zhì)（如HMDS）處理，目的是讓光刻膠能牢牢地“粘”在基板上。

旋涂：將液態(tài)的SU-8膠滴在基板上，然后高速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度由慢到快，先是讓膠液均勻鋪開(kāi)，然后高速旋轉(zhuǎn)甩掉多余部分，最終形成目標(biāo)厚度的均勻膠層。這個(gè)過(guò)程需要精確控制轉(zhuǎn)速和時(shí)間。

前烘：旋轉(zhuǎn)后，膠層中仍含有溶劑。通過(guò)加熱（前烘），讓溶劑揮發(fā)掉。這一步非常關(guān)鍵，烘不充分，后續(xù)顯影時(shí)圖形邊緣就會(huì)“塌方”，影響垂直度，甚至可能導(dǎo)致膠層“漂浮”（漂膠）。

曝光：將帶有設(shè)計(jì)圖案的掩模版（或使用無(wú)掩膜光刻機(jī)的數(shù)字圖案）覆蓋在膠層上，用紫外光照射。被光照到的區(qū)域發(fā)生交聯(lián)，變得穩(wěn)定。

后烘：曝光后再次加熱（后烘），使圖案更清晰，同時(shí)還能減少光在膠層內(nèi)部反射造成的“駐波效應(yīng)”，進(jìn)一步提升側(cè)壁質(zhì)量。

顯影：將基板浸入特定的顯影液（如SU-8常用PGMEA和IPA交替處理）中，未曝光的SU-8膠被溶解洗掉，而曝光交聯(lián)的部分則保留下來(lái)，形成我們想要的微納結(jié)構(gòu)。對(duì)于深寬比特別大的結(jié)構(gòu)，有時(shí)會(huì)采用倒置超聲輔助顯影，幫助去除深處的未曝光膠。

堅(jiān)膜：最后再進(jìn)行一次更高溫度的烘烤（堅(jiān)膜）。這一步能進(jìn)一步增強(qiáng)膠層與基底的結(jié)合力，提高膠層的機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕能力，消除內(nèi)部應(yīng)力，讓整個(gè)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固。

傳統(tǒng)的光刻需要使用物理掩模版，制作成本高、周期長(zhǎng)。而像托托科技這樣的企業(yè)，推出的無(wú)掩模光刻機(jī)則提供了更靈活的方案。它利用數(shù)字微鏡器件（DMD）像投影儀一樣，將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)好的圖案直接“打印”到光刻膠上。這種方式不僅大大縮短了研發(fā)周期，降低了成本，還能輕松實(shí)現(xiàn)厚膠工藝中的單層光刻甚至多層精確套刻，為MEMS設(shè)計(jì)師們打開(kāi)了更多結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的可能性。

MEMS厚膠光刻工藝，就像是一位技藝高超的微雕大師，用光和化學(xué)物質(zhì)為筆，在微觀尺度上描繪出精密的結(jié)構(gòu)。它不僅是制造MEMS器件的關(guān)鍵技術(shù)，更是推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域不斷進(jìn)步的隱形力量。下一次當(dāng)你拿起小巧的電子產(chǎn)品，或使用便捷的醫(yī)療檢測(cè)工具時(shí)，不妨想想這背后，厚膠光刻工藝所創(chuàng)造的微小而偉大的奇跡吧。