激光微细加工:新的发展与应用

准分子激光微细加工已成为一种成熟的加工技术,在工业中有着广泛的应用,如喷墨打印机喷嘴的钻孔、传感器的生产和显示板的加工等。本文描述了准分子激光加工系统的重要概念,给出了在微细加工领域中已被开发出来的各种新方法。重点描述了用于加工复杂的、多层次三维微细结构的各种加工技术,并用加工出来的结构实例说明了它们的相关应用。此外,还给出了用亚纳秒固体纤维激光器进行微细加工获得的初步结果。最后叙述了用超短脉冲激光器进行激光微细加工这个快速增长的技术领域。     

飞秒激光开辟了新的微细加工领域

电子、光子和生物医学器件向小型化发展的趋势促进了激光微细加工的发展，而飞秒激光器是适于激光微细加工的最理想工具。飞秒激光脉冲具有制作小至几十纳米特征尺寸图形的加工本领，并能对透明材料进行各种微细加工，如钻孔、切割和形成特殊结构等。     

准分子激光微细加工技术

准分子激光器是一种高功率、高效率的紫外激光器,在未来利用紫外光技术的光产业中具有独特的作用。目前已在激光化学、激光生物医学和激光新材料等科学领域中显示出潜在的活力。然而最活跃的是准分子激光微细加工技术。图1给出了半导体材料主要加工技术的发展概况。从图1可以看出激光微细加工在半导体技术中的重要地位。本文对该领域的激光曝光、激光CVD、激光掺杂和激光刻蚀技术等四个方面作简要的介绍。     

准分子激光及其在微细加工中的应用

本文介绍准分子激光发展历史基本原理及其特性，并讨论了准分子激光在微细加工中的应用。     

脉冲激光辐照下半导体反射特性的研究

对脉冲激光微细加工中半导体的反射率与材料物理特性及激光产生的电子－空穴等离子体的关系进行了理论与实验研究，给出了分析受辐照样品表面结构变化的方法，这对半导体的脉冲激光微细加工具有重要价值。     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统，以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况，给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果。     

激光微细孔加工技术及其应用

越来越多的产品向着微型化、精密化的方向发展。这促使微细孔加工技术也得到了飞速发展。本文对当前世界上利用激光加工微细孔的技术做了介绍。     

不锈钢材料的光纤激光掩膜微细电解复合加工

光纤激光掩膜微细电解复合加工是激光表面重熔与微细电解加工的结合,是加工微细型腔的有效方法。根据光纤激光掩膜微细电解复合加工的加工原理,搭建复合加工平台并进行工艺试验。对光纤激光掩膜表层物质进行XRD测量,结合有限元法建立热源模型分析激光加工参数对激光掩膜的影响,对不锈钢表层进行电化学极化曲线测量,最后进行工艺试验对得出的结论进行验证。研究结果表明:激光重熔表面耐腐蚀性较好,在微细电解加工过程中对材料基体起到很好的保护作用,选取适当的激光加工参数能够加工出精细的微型腔结构。     

激光在电子器件工业中的应用

激光加工按加工尺度可分为宏观加工，微细加工和光刻本文重点讨论激光在电子器件工业中微细加工及光刻中应用     

不锈钢表面光纤激光掩膜微细电解复合加工

为了实现不锈钢微细电解定域加工,提出激光掩膜表面改性微细电解复合加工技术。研发了激光掩膜微细电解复合加工装置,并进行样件加工试验。首先,采用光纤激光在304不锈钢表面扫描加热进行打标图案,利用X射线光电子能谱分析(XPS)对不锈钢表面激光打标图案进行分析,发现激光在不锈钢表面打标时被空气氧化生成铁、铬等氧化物,生成的打标图案具有耐腐蚀性,形成保护性掩膜。然后进行电解加工,由于掩膜图案在电解过程中起到保护作用,选择合适的电解加工参数,在不锈钢表面能加工复杂的微结构。最后利用SEM、光学轮廓仪来观测微结构形貌、粗糙度等。研究结果表明:利用激光表面改性,结合微细电解加工能实现304不锈钢微结构的快速加工,该工艺在微细加工领域具有很好的发展前景。     

脆性材料的激光微细加工工艺与机理

近年来,二极管抽运YAG激光器正在激光加工特别是微细加工技术领域中发挥着重要的作用.然而,迄今为止,有关YAG激光作用下材料的基本物理性能对微细加工机理的报导甚少.本文采用各种典型的金属材料(如Cu、W、Ta、Ti等)和典型非金属材料(如Si和金刚石)为基材,以二极管抽运YAG在x-y扫描系统中进行处理(扫描面积400 μm×125 μm),系统研究了各种工艺条件下材料的成分、熔点、沸点、热导性等对激光烧蚀速率的影响规律,分析了激光烧蚀机理,并提出了可初步解释上述实验结果的物理模型.(OE27)     

微机械加工的动向

所谓微机械加工就是制作微机械或者微型装置的微细加工技术。要实现既小型又具有高功能的装置，虽然主要利用制造半导体集成电路的光刻技术，但也需要立体微细加工技术。在材料方面，主要使用能与电路融为一体的硅，也使用晶体之类的压电材料或者其它各种材料。     

单片光电集成电路的激光微细加工装置的改进

将激光微细加工“直接写入”、“低温处理”的优势,应用于单片光电集成电路(OEIC)的制作,有利于解决其中的光电兼容问题。详细介绍了本课题组多年来在激光微细加工制作领域方面所取得的进展,完善了实验系统,包括硬件平台的搭建和改进、软件的设计,并最终形成了以计算机为核心的集光机电为一体的自动控制系统,减少了由于人为因素的影响而带来的实验误差,为激光微细加工制作出性能优越的器件创造了前提条件。同时对激光微细加工中的温度这一关键工艺参数进行了大量的理论分析和实验研究,主要包括温度的测量、温度变化规律的分析以及由此对温度参数进行控制的理论分析和研究,取得了进展,提高了激光微细加工的精度并已实际应用于InGaAs/InP平面型PIN光探测器的制作。     

用超快激光脉冲进行快速三维微细加工

日本Tokushima大学的研究人员利用７９５nm、１２０fs脉冲的掺钛蓝宝石激光器，通过程控在硅玻璃里面写入了三维图样，然后用腐蚀液腐蚀掉激光照射过的区域，使设计要求的结构显露出来。由于激光微细加工可为研制光子晶体和３D光存储另辟捷径，目前它受到了微化学、微光学和微电子学等领域的极大关注。与现有的要靠光敏材料才能实现的微细光刻技术不一样，这种简单且效率高的两步加工过程能在绝大多数光学透明材料中进行，包括玻璃、聚合物和晶体等。该研究小组用光斑尺寸为０．７５μm，照射强度为１４TW／cm２～５６TW／cm２，短脉冲激…     

充满活力的光学微细加工技术

本文简要评述了近年来国外光学微细加工技术的最新进展。常规光学曝光己可满足16MDRAM生产的要求;准分子激光曝光有能力实现64M甚至256MDRAM生产;宽带步进扫描曝光机和激光图形制作系统也在集成电路制造中显示了强大实力。九十年代仍将是光学微细加工技术继续占居主导地位的时代。     

基于RP技术的三维微细加工

介绍了快速成型技术及其研究方向，在研究微机电系统与微细加工技术的基础上，对比分析了一些基于快速成型技术的微细加工方法的优缺点及最新研究成果。并且结合我们目前所进行的激光化学液相沉积快速成型技术的研究，就这些技术目前所面临的几个关键问题进行了探讨。为实现基于快速成型的微细加工技术的研究提供了有益的参考。     

后续烧结工艺对激光微细熔覆制备厚膜电阻性能的影响

随着电子产品逐渐向微型化、多功能化和高密化的方向发展,传统的厚膜技术由于存在着大量的局限性,越来越不能满足这种快速发展的需求,因此,采用激光微细熔覆柔性直接制造技术在Al2O3基板上制备了高精度、高质量的厚膜电阻。然而,由于激光和物质的相互作用是一个急热急冷的过程,与传统的烧结工艺对厚膜电阻的作用不同,造成最终电阻的组织性能不同,因此,着重研究了激光加工工艺和后续烧结工艺对厚膜电阻的组织性能的影响,并对这种影响的主要机理进行了分析。结果表明,激光微细熔覆柔性直接制造的厚膜电阻比采用后续烧结工艺制备的电阻性能可靠、稳定,而且工艺简单灵活,效率高,不需要后续烧结过程,节省了能源,降低了成本。     

多孔硅微细加工及其在微型传感器中的应用（一）

我们正面临着一场新的技术革命,微细加工和微型器件就是这场革命的主题。随着微细加工技术的飞速进步和微型器件的大量涌现,国民经济和科技研究的各部门都在发生深刻变化。根据这种迅猛发展的势头,人们有理由预言,微细加工和微型器件在今后几十年内改变世界面貌,就像微电子技术在前几十年内改变世界面貌那样巨大。 所谓微细加工就是用硅作材料或在硅片上制造各种微型的机械零部件,因此硅的加工技术和集成电路制造技术是微细加工产生和发展的基础。用微细加工制造的微结构种类很多,最常见的有梁、膜、沟槽、喷嘴、腔体、     

纳秒激光电化学复合掩模的微细加工

在激光传输光路中加入掩模对激光束进行空间调制,采用纳秒脉冲激光器、纳秒脉冲电源和1 mol/L的NaNO3电解液对304不锈钢进行掩模微刻蚀加工试验研究。利用伏安法测定304不锈钢阳极电流随平均电压的变化规律;选用平均电压1.5 V、脉冲频率2.0 MHz、脉冲宽度60 ns、激光能量160 mJ的工艺参数,在所构建的试验系统中,分别进行了激光电化学复合掩模和盐溶液中的激光掩模加工试验。结果表明:在阳极钝化区内,纳秒脉冲激光电化学复合加工能够显著提高加工速率和加工表面质量,实现了线宽约为130μm、热影响区小的微细刻蚀加工,证实了纳秒脉冲激光电化学掩模加工在微细加工中具有很大潜力。     

铜膜印刷板表面准分子激光微细加工技术的研究

用ＫｒＦ准分子激光，在稀释的Ｃｌ２气体中对镀有铜膜的印刷板进行微细加工，得到的最小腐蚀宽度为１６μｍ。