基于准分子激光大深宽比微结构加工工艺研究

摘要

本文对大深宽比微加工工艺进行了研究。工艺采用有机玻璃为模具，248nm KrF准分子激光为加工光源，电铸镍为微结构层，与传统MEMS加工工艺相比，具有加工结构深宽比大、无毒、无掩模、易于集成且加工成本低等优点。因此该工艺对大深宽比MEMS微结构的研究有着重要的意义。本文的主要工作包括： （1）阐述化学沉积导电层（牺牲层）的原理，并在传统化学沉积的基础上根据工艺的要求，作了改进，提高了化学镀层与基片的结合度，简化了工艺步骤。 （2）试验分析比较了有机玻璃（PMMA）于其他材料，如普通厚光刻胶、UV-LIGA工艺SU-8光刻胶、LIGA工艺PMMA光刻胶、有机聚合物PI等材料相比作为模具的优缺点，选择有机玻璃作为加工模具，并对其进行材料改性，提高了模具塑性和与基片的结合力。 （3）通过分析研究准分子激光加工能量、相对脉冲频率，热影响区等参数对图形转移质量的影响，通过调整准分子激光加工参数，得到较好的加工图形。 （4）试验分析了电铸时，电极电位、电极极化、镀液组成成分、电铸时间、镀液的pH值、电流密度以及有机杂质等电铸条件对电铸质量的影响，通过调整电铸参数，得到较好的电铸效果。 （5）通过对铜金属牺牲层腐蚀过程中电偶腐蚀现象的分析，采用电化学保护的方法消除电偶腐蚀的影响。 最后，对本文所提出的加工方法的优点、不足和需要改进之处进行了讨论，并对将来的实验研究作了分析和展望。