激光微型机械加工技术优化措施

微型机械加工（Micro-machine）或称微型机电系统（MEMS）、微型系统（Microsystems）是指可以批量生产的集微型结构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、外围接口、通信电路和电源为一体的微型器件或系统。其主要的特点是：体积小、质量轻、耗能低、性能稳定、成本低、响应时间短、集约高技术成果、附加值高。

4.6.3.1 微型机械加工

微机械领域不仅仅是微电子部分，还包括微机械结构或构件，只有将这些微机械结构或构件与微电子等集成在一起才能实现微传感或微致动器件，进而实现微机电系统（MEMS）。所以微型机械加工并不仅限于微电子制造技术，更重要的是指微机械结构的加工或微机械与微电子、微光学等的集成结构的制作技术。MEMS是从微电子技术发展而来，其微制造技术主要沿用微电子加工技术。由于微电子的工艺是平面工艺，在加工MEMS三维结构方面存在一定的难度。目前，其通过与其他领域的技术的结合，已研究开发出一些特定的MEMS微制造技术，见表4.6-10。各类微制造技术的对比分析见表4.6-11。

表4.6-10 主要的MEMS微制造技术

表4.6-11 各类微制造技术的对比分析

4.6.3.2 激光微型机械加工技术

激光微型机械加工技术的最大特点是“直写”加工，工艺简单易行，使得MEMS的快速成形制造及激光微细加工技术没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题，是一种“绿色制造”技术。激光加工技术作为微型机械加工中非常重要的一种加工技术，其主要的微细加工技术包括：激光直接微细加工技术、激光LIGA、激光CVD和刻蚀技术、激光立体平版印刷技术等。

1.准分子激光直写微细加工

准分子激光直写是利用准分子激光实现对材料的直接刻蚀的，它是激光技术、新材料、CAD/CAM技术及微细加工技术等多学科有机结合的复合技术。表4.6-12给出了准分子激光直写微细加工工艺及典型应用。

表4.6-12 准分子激光直写微细加工工艺及典型应用

（续）(www.xing528.com)

2.激光LIGA加工

LIGA技术于20世纪80年代末首先由德国卡尔斯鲁厄核物理研究中心研究出来的，它是德文Lithografie（光刻）、Galvanoformung（电铸）、Abformung（模铸）的缩写，是一种全新的三维立体微细加工技术。激光LIGA技术是在1995年W.Ehrfeld等人提出并使用的，它采用了波长为193nm的ArF准分子激光替代了昂贵的同步X射线作为光源，对PMMA光刻胶直接进行消融光刻。表4.6-13给出了激光LIGA加工工艺及典型应用。

表4.6-13 激光LIGA加工工艺及典型应用

（续）

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3.激光化学加工

它是借助于激光对气体、液体具有良好的透光性，通过强聚焦的激光束穿透稠密的、化学性质活泼的基片表面气体或液体，并有选择地对气体或液体进行激发，受激发的气体或液体与衬底可进行微观的化学反应，从而实现刻蚀、沉积、掺杂等微细加工。这些反应可分为热激活反应或光化学反应。与电子束或离子束相比，激光束对气相或液相物质均具有良好的透过性。因此，激光化学加工过程实质上就是液体或气体在聚焦后的可见或紫外激光束照射下，在基体周围的蒸汽或吸附于基体表面的分子层中引起热反应或微观光化学反应的过程。例如，在光化学反应中，可见光或紫外光的光子能够直接破坏分子键，在基片周围温度基本不变的情况下，可发生低光子能量的反应。

激光化学反应的速率主要取决于激光光斑大小、气体压强和激光参数。通常限制最大加工速率的是材料性质、质量运输或化学动力学，而不是入射到表面的最大光子通量。在大范围内控制入射能量是改变速率的典型方法，而此处反应物的几何形状对最大加工速率的影响却比光源亮度更为显著。加工速率最常用的表示方法是稳态一维速率，如沉积的快慢用单位时间内沉积的厚度来表示。

激光化学微型机械加工是近年来发展起来的新技术，它通过对光刻掩膜的修复，以及对各种薄膜或基片进行局部沉积、刻蚀和掺杂，以实现对微结构的添加或去除。