紫外激光切割机激光切割机光化学过程

在对紫外激光切割机采用光刻蚀高聚物的研究过程中，人们发现至少在短波长段(r≤200nm)时，激光切割机的光化学过程即打断化学键在APD过程中起主要作用。而对于较长的波段（r≥200nm）时，APD过程则可以通过快速热传导来解释。然而目前的紫外激光切割机，就满足这一要求。

目前，在对紫外激光切割机采用光刻蚀高聚物的研究过程中，人们发现至少在短波长段（r≤200nm）时，激光切割机的光化学过程即打断化学键在APD过程中起主要作用。而对于较长的波段（r≥200nm）时，APD过程则可以通过快速热传导来解释。然而目前的紫外激光切割机，就满足这一要求。
    一束光垂直入射到PMMA表面，由Lambert-Beer定律可知，距入射表面z处的光强：这里的a是材料的有效吸收系数。当激光切割机加工的聚合物的分子吸收了紫外光子，电子会从基态跃迁到激发态。如果该跃迁超过光解阈值，聚合物分子就会发生光解。在光化学反应过程中，被吸收的光子的大部分能量都转换成了热，热量的积累引起温度的升高从而发生热解聚。聚合物大分子吸收了紫外光子后会发生一系列的物理化学反应，分析分子能级分布可知主要过程有：

    （1）单线态激发
    根据量子跃迁定则，处于基态S0的分子吸收一个光子后，只能处于一系列的激发单线态S1,S2,S3,…，由基态So吸收一个光子直接跃迁到T1是禁戒跃迁.
    （2）内转换过程
    处于较高的激发态S2，S3，…的电子以很快的速度跃迁到*激发态Sl.
    （3）荧光发射过程
    处于*激发态S．的电子向基态So跃迁，放出一个能量为hy'的光子.
    （4）系间窜越
    处于单线*激发态S，的电子向三线激发态T1跃迁并伴随热量产生.
    （5）三线态激发
    三线激发态T吸收一个光子成为较高的三线激发态T2,T3.
    （6）磷光发射过程
    处于激发态T1的电子向基态So跃迁，放出一个能量为hv的光子.
    在紫外激光切割机和有机物发生作用的时候，在反应式和中都产生了热，这是引起聚合物表面温度升高，导致聚合物热解聚的主要原因。需要指出的是，在上面的过程中，内转换过程的速率远远高于系间窜越过程几个数量级。激光聚合物分子吸收的光子能量达到它的活化能Ea后，相应的化学键断裂，分子解聚，反应速度一般用光解速率常数kpd表示。

    现在人们普遍认为准分子激光切割机中的激光刻蚀聚合物材料，化学光解和热解聚是两个引起聚合物材料去除的机理，但是在深紫外激光切割机（例如KrF激光）刻蚀聚合物的过程中任何一种单一的光化学刻蚀或者热刻蚀过程都是不合适的，两种影响都很重要。准分子激光的光子能量正好和聚合物分子的化学键能处于一个量级。但是如果准分子激光的能量远大于化学键能，在相互作用的过程中大部分化学键断裂，刻蚀机理也倾向于光化学刻蚀，比如F2准分子激光和ArF准分子激光跟大多数聚合物发生刻蚀作用的时候就倾向于光化学刻蚀；XeCl和XeF准分子激光的光子能量较低，在刻蚀聚合物的过程中光热作用往往起主要作用；KrF准分子激光光子能量为5．OeV，在光子和聚合物大分子相互作用的过程中往往光热过程和光化学过程都起作用，激光切割机的加工过程需根据聚合物中化学键的情况具体分析。据报道193nm的ArF准分子激光刻蚀PMMA材料时生成物中单体MMA的含量达到18%，而KrF准分子激光切割机刻蚀PMMA的生成产物中单体MMA的含量还不到1%.