第八章
这里你听到的“参数加工”大概率不是参数加工,应该是老师在说 “微细加工”。第八章课本标题就是** 《微细加工技术》**,目录显示第八章从 p180 开始,主要包括:微细加工技术的出现、微细加工的概念及特点、微细加工机理、微细加工方法,复习思考题在 p209。
你 A4 上第八章建议就抄下面这些,重点放在微细加工特点 + 微细加工方法 + 光刻技术流程。
第八章 A4 抄写版:微细加工技术与光刻技术
1. 微细加工的含义
微细加工是指加工尺度达到微米级,甚至亚微米级、纳米级的加工技术。它主要用于制造微小零件、微小结构、微型机械、微传感器、微执行器、集成电路和 MEMS 器件。
微细加工的目标不是单纯把零件做小,而是在微小尺度下获得所要求的尺寸精度、形状精度、表面质量和功能结构。
2. 微细加工技术的意义
微细加工是发展微电子技术、微机电系统 MEMS、精密仪器、生物医学器件、航空航天和国防尖端技术的重要基础。现代产品向微型化、集成化、高精度、高可靠性发展,要求加工技术能制造微米级甚至纳米级结构,因此微细加工是精密和超精密加工的重要发展方向。
3. 微细加工的特点
- 加工尺寸小:加工对象、刀具、结构特征尺寸都很小,常为微米级。
- 尺寸效应明显:当尺寸减小时,材料去除机理、切削力、表面力、热效应与普通加工不同。
- 比表面积大:表面力、黏附力、摩擦力影响增大,工件容易变形或损伤。
- 精度要求高:微小误差会占工件尺寸很大比例,因此对机床、刀具、夹具、检测要求高。
- 加工机理复杂:既可能是机械去除,也可能是电、热、光、化学或复合能量去除。
- 检测困难:微结构尺寸小,需要显微测量、光学检测、电子显微镜等方法。
4. 微细加工的分类
微细加工方法可以分为:
- 微细机械加工:微车削、微铣削、微钻削、微磨削等。
- 特种微细加工:微细电火花加工、微细电解加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等。
- 光刻与刻蚀加工:利用光刻胶、掩膜版、曝光、显影、刻蚀等方法形成微图形。
- 复合加工:把机械、化学、电化学、光学等方法结合起来,提高加工精度和效率。
5. 微细机械加工的特点
微细机械加工仍然依靠刀具与工件相对运动去除材料,但由于刀具尺寸很小,切削刃半径与切削厚度接近,容易出现挤压、犁削、弹塑性变形,切削不再完全符合普通切削规律。
微细机械加工的关键是:
微小刀具制造、刀具刚度、刀具磨损、最小切削厚度、机床精度、微量进给和在线检测。
6. 微细特种加工
微细电火花加工:利用工具电极与工件之间脉冲放电产生瞬时高温,使材料熔化、气化而去除。适合加工导电材料的微孔、微槽、微模具,特点是无宏观切削力,但加工效率较低,电极有损耗。
微细电解加工:利用电化学阳极溶解去除材料,适合加工导电材料。特点是无切削力、无热影响、工具电极基本不磨损,但加工间隙和电解液控制要求高。
激光微细加工:利用高能量密度激光束使材料熔化、气化或烧蚀,可加工微孔、微槽、薄膜图形等,适合多种材料,但可能产生热影响区和再铸层。
电子束、离子束加工:利用高能电子束或离子束进行微细去除、刻蚀或改性,能量集中,加工尺度小,精度高,但设备复杂,多需真空环境。
7. 光刻技术的定义
光刻技术是利用光照通过掩膜版把图形转移到涂有光刻胶的工件表面,再经显影、刻蚀等步骤形成微细图形的加工方法。它是集成电路、MEMS 和微结构制造中的关键技术。
8. 光刻技术基本流程
光刻工艺一般包括:
基片清洗 → 涂光刻胶 → 前烘 → 对准曝光 → 显影 → 后烘 → 刻蚀 → 去胶
可以这样记:
- 清洗基片:去除表面油污、颗粒和氧化物,提高光刻胶附着力。
- 涂胶:通常用旋涂法在基片表面形成均匀光刻胶层。
- 前烘:去除光刻胶中溶剂,提高胶膜稳定性。
- 对准曝光:通过掩膜版把图形转移到光刻胶上。
- 显影:把曝光后可溶部分去掉,形成光刻胶图形。
- 刻蚀:以光刻胶为保护层,把图形转移到基片材料上。
- 去胶:去除残余光刻胶,得到最终微结构。
9. 正性光刻胶和负性光刻胶
正性光刻胶:曝光部分发生化学变化,显影后曝光部分被溶解除去,留下未曝光部分。它分辨率高,常用于精细图形加工。
负性光刻胶:曝光部分发生交联硬化,显影后未曝光部分被溶解除去,留下曝光部分。它附着力强、抗蚀性好,但分辨率一般低于正胶。
一句话记:
正胶:曝光处被去掉;负胶:曝光处被留下。
10. 光刻中的关键参数
光刻质量主要受以下因素影响:
- 曝光波长:波长越短,理论分辨率越高。
- 曝光剂量:剂量过小图形显影不完全,剂量过大容易过曝光、图形失真。
- 光刻胶厚度:胶层过厚分辨率下降,过薄抗刻蚀能力不足。
- 掩膜版精度:掩膜图形误差会直接转移到工件上。
- 对准精度:多层图形制造时尤其重要。
- 显影时间和温度:影响图形边缘、线宽和完整性。
- 刻蚀选择比:决定图形能否准确转移到基片。
11. 光刻技术的特点
优点:
- 可以一次加工大量相同微图形,适合批量生产;
- 图形尺寸小,分辨率高;
- 图形重复性好,适合集成电路和 MEMS;
- 可与刻蚀、薄膜沉积、扩散、离子注入等工艺结合。
缺点:
- 工艺流程复杂;
- 设备和掩膜版成本高;
- 对环境洁净度要求高;
- 主要适合平面或准平面微结构加工,三维复杂结构加工能力有限。
12. 第八章最该背的总句
微细加工是制造微米级、亚微米级微结构和微器件的重要技术,具有尺寸小、尺寸效应明显、表面力影响大、精度要求高、检测困难等特点。微细加工方法包括微细机械加工、微细电火花加工、微细电解加工、激光加工、电子束加工、离子束加工和光刻加工。光刻技术通过涂胶、曝光、显影、刻蚀、去胶等步骤,将掩膜版图形转移到工件表面,是集成电路和 MEMS 制造的核心工艺。