表面微细加工技术

表面微细加工技术

微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能(表面技术)，以机械化和自动化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表

面的性能。

微细加工技术采用全自动方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺自动化而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。

纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。

•光刻是一种以光复印图形和材料腐蚀相结合的表面精密加工技

术。前者是使图形复印到基片表面的光刻胶上，后者是把图形刻蚀到基片表面的各层材料(如Si02、Si3N4、多晶硅、铝等)上。

光刻胶上图形的复印是通过曝光和显影完成的。限制图形重复性及分辨率的主要因素，是图形加工过程中所涉及到的物理和化学问题。

•在集成电路生产中，要经过多次光刻。虽然各次光刻的目的要求和工艺条件有所不同，但其工艺过程是基本相同的。光刻工艺一般都要经过涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀和去胶7个步骤。

•涂胶就是在SiO2或其他薄膜表面涂一层粘附良好、厚度适当、厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的基片表面必须清洁干燥。生产中最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时基片表面清洁干燥，光刻胶的粘附性较好。涂胶的厚度要适当。

•胶膜太薄-----针孔多，抗蚀能力差；

•胶膜太厚-----则分辨率低。

在一般情况下，可分辨线宽约为膜厚的5～8倍

•前烘就是在一定温度下，使胶膜里的溶剂缓慢挥发出来，使胶膜干燥，并增加其粘附性和耐磨性。前烘的时间和温度随胶的种类及膜厚的不同而有所差别，一般由实验确定。

曝光就是对涂有光刻胶的基片进行选择性的光化学反应，使曝光部分的光刻胶在显影液中的溶解性改变，经显影后在光刻胶膜上得到和掩模相对应的图形。

•显影是把曝光后的基片放在适当的溶剂里，将应去除的光刻胶膜溶除干净，以获得刻蚀时所需要的光刻胶膜的保护图形。显影液的选择原则是：

•对需要去除的那部分胶膜溶解得快，溶解度大

•对需要保留的那部分胶膜溶解度极小

•同时，要求显影液内所含有害的杂质少，毒性小。

•显影时间随胶膜的种类、膜厚、显影液种类、显影温度和操作方法不同而异，一般由实验确定。

•坚膜是在一定温度下对显影后的基片进行烘焙，除去显影时胶膜所吸收的显影液和残留的水分，改善胶膜与基片的粘附性，增强胶膜的抗蚀能力。

•刻蚀就是用适当的刻蚀剂，对未被胶膜覆盖的SiO2或其他薄膜进行刻蚀，以获得完整、清晰、准确的光刻图形，达到选择性扩散或金属布线的目的。光刻工艺对刻蚀剂的要求是：

•只对需要除去的物质进行刻蚀，而对胶膜不刻蚀或刻蚀量很小。

要求刻蚀图形的边缘整齐、清晰，刻蚀液毒性小，使用方便

去胶就是在SiO2或其他薄膜上的图形刻蚀出来后，把覆盖在基片上的胶膜去除干净。

•用紫外光(200～400nm)在光刻胶上产生图形有多种方法，而最早采用的是接触曝光或接近曝光法。这种方法很简

单，只需要用紫外光通过掩模对涂有光敏聚合物薄膜的基片进

行曝光即可。掩模具有透明区和不透明区，图形就由这些区域

确定。这种曝光技术(也称阴影曝光)多年来已广泛用于器件生

产中。