传统的微电子机械系统(Micro-electromechanical Systems,即MEMS)加工流程中所包含光刻过程一般是通过光刻掩膜版来实现图形转换。传统的MEMS加工流程必然存在光刻掩膜版的制备过程,该过程设备要求高、耗时长。超短激光脉冲具有很高的峰值功率,这一特性使其适用于切割、表面修复等微加工。论文阐述了采用超短激光脉冲直写掩膜的方式来实现图形的转换,代替原有的光刻掩膜版模式。首先利用物理或化学方法在待加工硅片表面覆盖一层掩膜,接着利用高功率激光束刻写硅片表面掩膜层,被刻蚀部分会被直接去除,形成图形。这有别于传统光刻胶在光刻时被改性的过程。其后的显影过程只需清洗激光直写时喷射出的残留物。后期的化学刻蚀则与传统MEMS加工是完全类似的,掩膜层对其下的硅片起到保护作用。激光直写加工方式可使得MEMS加工流程减少,周期缩短,加工成本降低。因此,为区别于传统MEMS加工工艺,论文中把这种工艺简称为MEMS短流程加工工艺。本论文对该工艺的优化和可行性进行了理论上的探讨,对工艺关键技术做了实验研究。在短脉冲激光领域里,飞秒激光比纳秒、皮秒激光的脉冲宽度更短,具备更高的峰值加工功率。理论分析和实验结果均表明飞秒激光具备热效应小、可加工多种材料、阈值效应精确存在等特性,相对而言更适于MEMS短流程加工工艺中激光直写工作。选用重复频率1kHz、脉冲宽度50 fs、中心波长800nm飞秒激光在覆盖有氮化硅膜层的硅片上进行刻写,使用氢氧化钾进行化学刻蚀,利用氢氟酸去除掩膜层。实验结果表明,激光刻写深度、激光刻写宽度受单脉冲能量、平台移动速度的影响。脉冲能量保持一定时,平台移动速度加快则激光刻写深度呈指数减小,而在速度大于5,000μm ? s?1时速度变化对刻写宽度几乎没有影响。这一规律意味着短流程加工工艺能够在精确去除掩膜层的前提下同时实现刻写线宽的控制。总之,短流程加工是可控的微加工工艺。MEMS短流程加工工艺适用于少量MEMS样品的快速开发,有着广泛的应用前景。