激光

用激光微加工制造的MEMS器件

Abstract

激光微加工及微机电系统（MEMS）和微光机电设备制造原型设计应用已经被提出。微型燃气轮机，在一个芯片上生物工业上的芯片，微流体元件和激光微加工制造的微光学元素均已被发明出来。

关键词：激光微加工，微机电系统，微光机电系统，生物工业上的单芯片，微光学Introduction

硅光刻和随着半导体产业发展的一批蚀刻处理的适应目前占主导地位的MEMS制造方法。然而受到的主要限制是一个材料表面散装蚀刻在只有3个方向- 沿（110），（100）和（111）硅晶体平面，其他更灵活的微细加工方法包括脉冲激光烧蚀对制造MEMS和MOEMS（1）越来越感兴趣。激光微加工的优势是多方面的：（一）很少处理步骤，（二）工程原型开发的形状具有高度灵活的数控编程（三）串行和批处理模式生产加工能力很强，（四）在大洁净室的设施和许多中昂贵的工具方面不需要重大投资（V）适用于几乎任何材料，包括聚合物，陶瓷，玻璃，水晶，绝缘体，导体，压电材料，生物材料，非平面基板，薄和厚的薄膜，（六）兼容平版印刷流程和光罩制作。

2.多种激光器可用于微细加工–有三种，微秒脉冲红外CO2气体激光器

波长范围在9.3-11μm ，纳秒脉冲准分子气体激光器，波长范围在157-353nm 紫外线波长之间，还有飞秒到纳秒脉冲固态激光器，波长266-1060nm之间。根据材料处理和应用程序，每一个激光有其自身的优点和缺点。在一般情况下，最佳的激光微制造被获得是当光子被强烈吸收在亚微米级深度的材料表面，在材料表面微加工是获得。此外，如果这些光子在很短的时间迸发传递，迷你爆炸被创建弹出固体和气态微粒从没有显著的热降解（熔化，飞溅，重结晶，

等）辐照站点，发生的周边地区。由于大多数材料吸收短的波长比长波长更强烈，紫外线激光器在一般好得多适合比红外激光微加工应用。更深入的控制，可实现并且因为短波自衍射少，光光束传输系统可以有更大的决议，允许尺寸较小的横向被加工特征。由超短脉冲飞秒激光束所提供的高强度集中可诱发强非线性光吸收的光子材料，否则可能光子高度透明，以低得多的强度。有了正确的选择

激光材料和加工条件相匹配，几乎任何材料，现在可以激光微加工与

亚微米级的精度。

如图一，显示了一个硅片已经被激光微加工，使用10毫微秒的第二次和第三次谐波辐射脉冲，在波长是355和532nm从Q开关二级泵Nd：发出的YAG 激光

两个新的激光掩膜投影技术“同步图像扫描”（SIS）和“蝴蝶结扫描”（BTS），已被开发用来在大面积基板上高效制造三维微结构的重复密集阵列。这些技术的详细情况和重要的工业应用的例子是证明。

关键词：激光微加工，喷墨打印机的喷嘴，等离子显示面板

脉冲激光微加工技术，采用掩模投影方法现在被广泛地用于建立大规模和薄基板的微型结构。MEMS器件经常用准分子激光器聚合物基质消融来建造原型，工件运动或者掩膜的运动或者同时运动来创造2.5D和3D结构。亚微米厚的无机，金属和内在的有机薄膜太阳能电池板，传感器和显示设备经常使用掩模投影方法与YAG和准分子激光源来建造。多年来进程已经被很好的建造，大多是有限的激光驱动器生产技术的改进，而不是改变基本掩模投影，束处理和运动控制技术

在本文中，我们描述了两个新的脉冲激光微加工策略，我们称之为“同步图像扫描”（SIS）和“蝴蝶结扫描”（BTS）中。这些技术利用现代阶段的速度和准确性以及振镜扫描系统。SIS和BTS可以完成在大面积复杂的重复阵列微型2D和3D 模式，通过对激光烧蚀的准确性，速度和效率作出重大改进。他们会发现在激光制造设备的立即使用，如超长喷墨打印机喷嘴（如全页阵列），显示增强电影和等离子显示器（PDP）。

2。同步图像扫描（SIS）

“同步图像扫描”（SIS）与“掩膜拖动”的过程是相似的，主要差异是到达激光脉冲触发的时间基板刚好移动一个图

像重复间距。图1显示了图解如何用准分子激光烧蚀完成的一个长期的重复结构，如喷墨打印机喷嘴阵列

为了证明SIS的过程，从248nmKrF准分子激光（λ玛格LPX210i）的光束是同质化和形圆孔序列照亮定期球场在面具的矩形区域（通常高达75毫米长x 5毫米宽）。该图像是由通常的5倍，以创建一个包含超过100圆点密度每英寸180点（dpi）的15毫米长的图像预测和减少。如果工件固定期间举行的激光射击，那么最终长度为15mm的单喷嘴板将被创建。但是，如果是在钻井过程中不断提出基板图像的间距，然后图像重叠，完全可以创建和超长喷嘴板的激光重复频率的产品速度。

SIS的过程中的基本要求是，位移恰好等于图像间距，图像是完全相互叠加。这是通过发射激光脉冲，从舞台上的位置编码器输出的触发适当快速无抖动电子和使用高分辨率阶段。为了满足输入口的圆度要求，喷墨打印机喷嘴<±0.5μm，然后速度控制和解决阶段，应在50-100nm的之间。

图1。SIS技术和激光触发脉冲的原理图

正如图1所示在SIS每个固定梁下的基板通过创建一个长期的，在每一个完整的图像领域中的预测点顺序已被相继的照亮的每个喷嘴的位置的图像。梁下基板多次通过对每个领域

积累足够的拍摄，在基板上钻至所需深度。对于在50微米厚的聚酰亚胺通常为300杆，需要通过做3次通过钻制造喷墨打印机喷嘴板的情况下，需要一个包含100个喷嘴的形象。

使用SIS制造喷墨打印机喷嘴相比，“步骤和重复的方法，目前使用的几大优势。由于每个喷嘴不再遭受个人不变的照明模式，是由来自各个领域的掩模图形叠加的图像的创建，所有喷嘴聚焦远心的错误（如镜头的聚焦远心）和出口喷嘴直径大小错误（因如非均匀面具照明）急剧减少。

图2。由SIS技术钻喷嘴的SEM照片：

入口=42微米，退出= 32微米

喷嘴板生产的第二个SIS的主要优势是精度高，高品质的喷嘴阵列可以很容易制作工件阶段旅游只能通过有限的长度。图2是一个50毫米长，50微米厚〜180dpi的SIS钻喷嘴，每个入口和退出孔径42μm±0.5μm和32±0.5μm的分别UpilexTMplate的一节的SEM照片。要产生的“交错”孔模式，在这样的喷嘴板的激光射击的步长是喷嘴间距的3倍。

像所有的掩模图像投影工件移动过程中，SIS技术创建图像长度的区域，在每个完整的扫描图像，逐步减少单位面积的