38、微纳制造与激光加工技术解析

微纳制造与激光加工技术解析

1. 微光刻蚀刻技术

在微纳制造领域，将所需图案转移到基底（如硅、铝、氮化硅等）上时，有诸多严格要求。图案需要垂直的侧壁、光滑的线条边缘，且不能有残留，同时蚀刻速率要在掩膜抗蚀层可承受的范围内。蚀刻过程必须具有高度的方向性，不能有横向蚀刻。

为了实现这些目标，通常采用干辉光放电、高离子密度等离子体蚀刻的方法。等离子体是一种部分电离的气体，包含电子、离子和各种中性粒子，它能实现高达每分钟 1 安培的金属去除率。而湿蚀刻不太理想，因为它可能导致光刻胶失去附着力，还会引发尺寸精度问题。此外，干蚀刻比湿蚀刻更适合自动化操作。一般来说，氯碳和氟碳气体（如 CCl₄、CF₄）常用于蚀刻金属薄膜。

微光刻的最后一步是使用 O₂ 等离子体去除抗蚀层，然后进行最后的清洗处理。

2. 激光加工技术概述

2.1 激光原理

激光加工是一种热材料去除工艺，它利用高能相干光束熔化和汽化金属及非金属工件表面的颗粒。“LASER”是“受激辐射光放大”的缩写，激光通过激发和放大将电能转化为高能量密度的光束。激发是指电子被激发，产生具有相同波长、方向和相位的光子流；放大则是通过光学谐振器进一步激发光子，产生相干光束。

激光的研究历史悠久，最早可追溯到 18 世纪牛顿将光描述为粒子流，后来麦克斯韦的电磁理论也对光的研究有重要贡献。20 世纪初，爱因斯坦提出了光的量子概念，进而在 20 世纪 20 年代催生了量子力学理论。1955 年，J. P. Gordon、H. J. Zeiger 和 C. H. Townes 制造出第一个利用受激辐射的装置；1960 年，T. H. Mainman 制造出第一台激光