1 引言
qx<h rC0Z& zeG_H} [2& 1987 年美國科學家提出了微機電系統(tǒng)(mems)發(fā)展計劃，這標志著人類對微機械的研究進入到一個新的時代。目前，應用于微機械的制造技術主要有
半導體加工技術、微光刻電鑄模造(liga)工藝、超精密
機械加工技術以及特種微加工技術等。其中，特種微加工方法是通過加工能量的直接作用，實現(xiàn)小至逐個分子或原子的去除加工。特種加工是利用電能、熱能、光能、聲能、化學能等能量形式進行加工的，常用的方法有：電火花加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工、電解加工等等。近年來發(fā)展起來一種可實現(xiàn)微小加工的新方法：光成型法，包括立體光刻工藝、光掩膜層工藝等。其中利用
激光進行微加工顯示出巨大的應用潛力和誘人的發(fā)展前景。
%vFoTu)2 V?"SrX N> *T{P^q.s~[ 2 常用激光微加工技術
Ju.B!)uS# 3,RaM^5dV 激光微加工技術具有非接觸、有選擇性加工、熱影響區(qū)域小、高精度與高重復率、高的零件尺寸與形狀的加工柔性等優(yōu)點[1]。實際上，激光微加工技術最大的特點是“直寫”加工，簡化了工藝，實現(xiàn)了微型機械的快速成型制造。此外，該方法沒有諸如腐蝕等方法帶來的環(huán)境污染問題，可謂“綠色制造”。在微機械制造中采用的激光微加工技術有兩類：1)
6Cd% @Q2cr 6`Af2Y_ 材料去除微加工技術，如激光直寫微加工、激光liga 等；2)材料堆積微加工技術，如激光微細立體光刻、激光輔助沉積、激光選區(qū)燒結(jié)等。
9py *gN# ~]&,v|g& 2.1 激光直寫技術
*%wfR7G[B }hd:avze 準分子激光波長短、聚焦光斑直徑小、功率密度高，非常適合于微加工和半導體材料加工。在準分子激光微加工系統(tǒng)中，大多采用掩膜投影加工，也可以不用掩膜，直接利用聚焦光斑刻蝕工件，將準分子激光技術與數(shù)控技術相結(jié)合，綜合激光光束掃描與x-y 工作臺的相對運動以及z 方向的微進給，可以直接在基體材料上掃描刻寫出微細圖形，或加工出三維微細結(jié)構[2]。圖1 為準分子
激光加工出來的微型
齒輪，最小齒輪直徑為50mm。目前采用準分子激光直寫方式可加工出線寬為數(shù)微米的高深寬比微細結(jié)構。另外，利用準分子激光采取類似快速成型(rp)制造技術，采用逐層掃描的方式進行三維微加工的研究也已取得較好結(jié)果[3]。
QvN=<V YFY$iN~B, 2.2 激光liga 技術
]K(>r#'nH ^+20e3 ~Y 它采用準分子激光深層刻蝕代替載射線光刻，從而避開了高精密的載射線掩膜制作、套刻對準等技術難題，同時激光
光源的經(jīng)濟性和使用的廣泛性大大優(yōu)于同步輻射載光源，從而大大降低 liga 工藝的制造成本，使liga技術得以廣泛應用。盡管激光liga 技術在加工微構件高徑比方面比載射線差，但對于一般的微構件加工完全可以接受。此外，激光liga 工藝不像載射線光刻需要化學腐蝕顯影，而是“直寫”刻蝕，不存在化學腐蝕的橫向浸
^ %pM$3ov Z:(yX0U,[ 潤腐蝕影響，因而加工邊緣陡直，精度高，光刻性能優(yōu)于同步載射線光刻[4]。
_@Le MNv WYklS<B[ 2.3 激光微立體光刻(msl)技術
1"5-doo ">^O{X\ 它是立體光刻(sla)工藝這一先進的快速成型技術應用到微制造領域中衍生出來的一種加工技術，因其加工的高精度與微型化，故稱為微立體光刻(microstere-olithography 或msl)[5]。同其他微加工技術相比，微立體光刻技術最大的特點是不受微型器件或系統(tǒng)結(jié)構形狀的限制，可以加工包含自由曲面在內(nèi)的任意三維結(jié)構，并且可以將不同的微部件一次成型，省去微裝配環(huán)節(jié)，如圖2所示。此外，該技術還有加工時間短、成本低、加工過程自動化等優(yōu)點，為微機械批量化生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。該技術的局限性在于兩方面：1) 精度較低，目前基于快速成型的微加工技術的最高水平方向的精度在1mm 左右，而垂直方向大約為3mm，顯然這一精度無法同基于集成電路的硅微加工工藝相比。2) 使用材料受到一定的限制，目前的樹脂材料在電性能、機械性能、熱性能方面與硅材料相比有一定差距。近年來，激光微立體光刻技術得到了大力研究與開發(fā)。在提高精度與效率方面有如下發(fā)展方向：
'Bv)UfZ l3C%`[MB 1) 以面曝光代替點曝光，從而進一步縮短加工時間，提高生產(chǎn)效率；
N ?mT AF'M <i(<|/ $ 2) 在材料方面，研究開發(fā)出更高分辨率的光固化樹脂，如已
PA(XdT{ b;XUv4~V 研制出的雙光近紅外光聚合樹脂為高精度制造奠定了良好基礎；
8DsXw@o D-<9kBZs 3) 在工藝方面，研究開發(fā)無需任何支撐結(jié)構或犧牲層的工藝以及與平面微加工工藝的集成，
rG*Zp7{ CZL:&~l1 從而進一步簡化工藝，提高加工精度與生產(chǎn)柔性。
v2uyn g:sn/Zug] 2.4 激光輔助氣相沉積(lcvd)技術在化學氣相沉積(cvd)工藝
z]Dbca1a` w[S!U<9/ 圖1 采用準分子激光加工的微型齒輪
_b8?_Zq [spJ%AhV 圖2 (a) 兩種微零件一次固化成型原理示意圖；(b) 固化微成型的兩種零件中，固態(tài)物質(zhì)從氣相通過化學反應沉積在基片表面上。用激光輔助化學氣相沉積來制作三維微結(jié)構，是將聚焦激光微光束通過定域加熱基片，啟動并維持cvd 過程，在沉積過程中通過移動基片或激光束，將固體結(jié)構以很高的分辨率沉積塑型。塑造幾何形狀時不受平面投影和平面掃描的局
oSOO5dk:z Gc s eq 限，能制作出復雜幾何形狀的立體微結(jié)構。如圖3 所示的生長過程中，以特定方式運動工件臺并使激光焦斑運動速度始終與晶體生長速度相同，即可做出所需的微結(jié)構。
|/R)FT#i <s7OY`(8 2.5 激光選區(qū)燒結(jié)技術(sls)
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