微纳米加工技术的研究进展与应用.doc

微纳米加工技术的研究进用展与应用 摘要： 微纳米加工技术是一个新兴的综合性的制造技术, 有良好的应用前景。纳米技术微微机电系统（MEMS）技术和纳米技术的简称，是20世纪80年代末在美国、日本等发达国家兴起的高校科学技术。微纳米技术的研究和发展必将对21世纪的航空、航天、军事、生命科学和健康保健、汽车工业、仿生机器人、家用电器等领域产生深远影响。本文对微纳米加工技术的进展与应用作了简要介绍。 关键词：微纳米加工 发展 应用 引言： 随着科技发展, 对超精密装置的功能、结构复杂程度、可靠性等要求越来越高, 从而使得对特征尺寸在毫米以上级别, 采用多种材料, 且具有一定形状精度和表面质量要求的精密三维零件的需求日益迫切。微纳米加工技术是指实现微米、亚微米至纳米量级加工精度的制造技术及其相关设备。 微纳米加工技术的被加工工件尺寸在10mm~1m 之间,表面加工精度高于1μm, 形状精度高于1μm。微纳米加工技术主要包括: 微纳米加工的机理, 微纳米加工的设备制造技术, 微纳米检测技术, 微纳米加工工作环境条件等。 微纳米检测技术是实现微米, 亚微米乃至纳米量级检测的技术及其相应系统。微纳米检测技术可以大幅度提高产品制造过程中的精度, 提高计量等级, 对微纳米产品进行直接检测和检定, 能够实现生产过程中的在线检测和控制。 因此, 纳米结构加工技术是整个纳米技术的核心基础, 是当前世界科学研究巫待解决的难题之一。 一、光刻技术 光制造是指通过光与物质的相互作用实现材料成形与改性的过程。光刻技术是应用于光制造的典型实例。传统的光刻技术是一种利用类似于照相复制的曝光与刻蚀相结合的技术，通过曝光和显影工序把集成电光刻掩模版的版图图形转移到光刻胶上，然后通过刻蚀工艺再转移到基片（如硅片）上，在基片表面生成微、纳米尺度的集成电路图形层。其他微、纳米加工领域也都借用半导体集成电路的工艺技术，尤其利用光刻技术实现微、纳米尺度的制造。1965年，G.More在报告中指出，每隔1824个月，芯片的容量将增加1倍，后来演变成了著名的“摩尔定律”。光刻技术作为半导体工业的主流工艺技术，极大地促进了集成电路(IC)的发展。光刻所获得的最小线宽已成为新一代集成电路的主要技术指标，光刻技术决定着集成电路工艺水平的高低。由于光刻工艺过程需要重复性，因而光刻产品的成本和质量受到光刻技术稳定性和可靠性的影响较大。因此，光刻技术的纷争主要在于厂家可以提供给用户什么样分辨率和产能的设备以及相关的技术。下面重点介绍几种新型光刻技术在微纳制造中应用的现状及展望，主要有准分子光刻技术、极紫外（EVU） 光刻技术、电子束光刻（EPL）、离子束（IB）曝光技术、X射线（XRL）, 其原理是利用针尖原子充分接近试样表面原子时, 即在高度空间约束条件下原子和原子间局域化场如力、电、磁、光等物理量对空间原子间距的微小变化敏感的性质, 通过检测这些物理量白锐微小变化实现包括表面形貌、性质和一个个原子状态的观测这里，探针对表面的检测包含两方面，即检测表面上各点的物理量和检测随各点凹凸方向变化的物理量。这个物理量, 对于扫描隧道显微镜（STM）,是检测探针针尖一表面之间的隧道电流, 对于原子力显微镜（AFM）是检测探针针尖一表面之间的原子力, 而表面上各点的检测则是通过探针对试样表面扫描进行的。一般地, 御玛的物理量其敏感变化的空间约束范围在nm数量级以内, 扫描探针显微技术通常是通过一组压电陶瓷等电到申缩器件来控制和保持这种探针与试样表面的约束关系, 再通过另外两组电致伸缩器件来实现表面观察或操作时的平面扫描, 并将检测获取的表面信息数据经计算机处理后再现表面的形貌、状态等。因此, 扫描探针显微技术的超高空间分辨本领和实时监控能力是基于现代物理原理, 利用精密机械带制造技术和检测技术以及电子控制技术、计算机技术等实现的。也就是, 扫描探针显微镜拥有一个能产生原子量级的空间运动机构, 这种机构在试样表面的垂直方向上易于实现0.01nm的分辨率, 水平方向上则育跳眺续0.1nm的空间分辨水平。这种原理和方法可以应用于材料的纳米去除加工和检测使用刃具对材料进行纳米去除加工, 除了注意到有工具的精度和材料的可加工性等影响因影外，最重要的是必须使刃具对于材料产生稳定、可靠、优于纳米精度的运动。上述SPM以技术中的原子量级的空间运动机构提供了生成纳米精度的加工运动基础。如上述, 可以利用压电体的电致伸缩现像, 即通过施加一电压于压电体上使之产生某一方向的微小变化，来实现精度的加工运动。这种运动方式的机构具有很高的刚性，且由于微小量的去除加工其加工力相对来诸良小, 例如加工宽为0.5mm，去除量或切削深度为数um铜试样, 加工力大约在数十克左右且力的变化也很小, 因而可以认为压电体等构成的加工机构有足