准分子激光电化学刻蚀硅的刻蚀质量研究

为了解决现有硅刻蚀工艺中存在的刻蚀质量等问题,采用激光加工技术和电化学加工技术相结合的工艺对硅进行了刻蚀,研究了该复合工艺的工艺特性。实验中采用248nm-KrF准分子激光作光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极n-Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,研究了激光电化学刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌,并对横向刻蚀和背面冲击等质量问题进行了分析。结果表明,该工艺刻蚀的孔表面质量好、垂直度高;解决了碱液中Si各向异性刻蚀的自停止问题,具有加工大深宽比微结构的能力;也具有不需光刻显影就能进行图形加工的优越性。     

电解液对准分子电化学刻蚀硅的影响研究

激光电化学刻蚀是将激光加工技术和电化学加工技术有机结合起来而形成的一种复合型刻蚀工艺.为了研究电.解兰对激光电化学刎蚀硅的影响,本文采用248nm KrF准分子激光作为光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极半导体n-Si上实现激光诱导电化学刻蚀.在实验的基础上,研究了经学溶液对激光电化学蚀Si的雇刻蚀速率的影响,并对其产生的原因进行了分析.试验结果表明:化学溶液对刻蚀工艺的影响主要采辣于小同浓度的溶液对激光的吸收和折射;采用吸收率较小、浓度较低的溶液和控制液膜厚度能有效减小溶液飞溅和溶液折射.本文中,溶液的厚度控制在1mm左右.     

外加电压对激光电化学刻蚀硅的影响研究

激光电化学刻蚀是将激光加工技术和电化学加工技术有机结合起来而形成的一种复合型刻蚀工艺。为了研究外加电压对激光电化学刻蚀硅的影响,本文采用248nm KrF准分子激光作为光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极半导体n—Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,详细分析外加电压对刻蚀工艺的影响,并对其产生的原因进行了分析。试验结果表明其影响主要有两个方面：（1）正的外加电压保证了SiO2钝化膜生成,从而实现了选择性刻蚀;（2）外加电压的增大,刻蚀速率会相应减小。因而外加电压也是调节刻蚀速率的一个重要的手段。     

准分子激光直写二维图形加工

为了探索准分子激光脉冲直写加工的参数和工艺,建立准分子激光微加工系统和材料加工工艺,对二维加工过程中激光刻蚀效果与扫描速度和激光参数之间的关系进行了理论推导,分析表明最大扫描速度受激光光斑尺寸和重复频率的约束.以玻璃为实验靶材,在2.7×1mm2 范围内进行了二维图形刻蚀实验研究.结果显示,刻蚀对材料周围的热影响很小,刻蚀图形清洁而且清晰,通过控制扫描速度可以获得均匀的二维图形.     

水辅助准分子激光微加工硅的实验研究

为了研究脉冲激光在不同介质中的刻蚀特性,采用20ns短脉冲、248nm准分子激光(能量为150mJ~250mJ)分别在水和空气两种介质中对半导体单晶Si片进行微刻蚀实验研究。在实验的基础上,研究了两种介质中准分子激光刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌和刻蚀速率,并对结果进行了对比分析。研究结果表明,水辅助激光微加工时,熔屑易从加工区排出,有助于提高加工的表面质量;同时,水的约束提高了冲击作用,使得刻蚀速率加快。     

纳秒激光电化学复合掩模的微细加工

在激光传输光路中加入掩模对激光束进行空间调制,采用纳秒脉冲激光器、纳秒脉冲电源和1 mol/L的NaNO3电解液对304不锈钢进行掩模微刻蚀加工试验研究。利用伏安法测定304不锈钢阳极电流随平均电压的变化规律;选用平均电压1.5 V、脉冲频率2.0 MHz、脉冲宽度60 ns、激光能量160 mJ的工艺参数,在所构建的试验系统中,分别进行了激光电化学复合掩模和盐溶液中的激光掩模加工试验。结果表明:在阳极钝化区内,纳秒脉冲激光电化学复合加工能够显著提高加工速率和加工表面质量,实现了线宽约为130μm、热影响区小的微细刻蚀加工,证实了纳秒脉冲激光电化学掩模加工在微细加工中具有很大潜力。     

光波导端面的准分子激光刻蚀技术研究

面向光印刷互连背板的应用需求,提出基于准分子激光消融原理对光波导的刻蚀技术进行研究,在背板上任意位置获得光波导端面实现光耦合。采用193 nm波长的准分子激光作为光源,通过方形掩模孔径投影在互连背板光波导上,研究了激光能量、激光脉冲次数与刻蚀深度、端面粗糙度等参量之间关系,通过刻蚀参数的优化,刻蚀后端面光耦合损耗增加量约1.3 d B。     

准分子激光微细加工技术

准分子激光器是一种高功率、高效率的紫外激光器,在未来利用紫外光技术的光产业中具有独特的作用。目前已在激光化学、激光生物医学和激光新材料等科学领域中显示出潜在的活力。然而最活跃的是准分子激光微细加工技术。图1给出了半导体材料主要加工技术的发展概况。从图1可以看出激光微细加工在半导体技术中的重要地位。本文对该领域的激光曝光、激光CVD、激光掺杂和激光刻蚀技术等四个方面作简要的介绍。     

激光电化学复合加工的冲击空化检测及试验

为了测量脉冲激光击穿电解液下产生的声压信号,探讨冲击空化效应对激光电化学复合加工的作用和影响,建立了激光电化学复合加工检测系统。采用水听器采集脉冲激光聚焦电解液下产生的声压信号,使用示波器对声压信号进行存储、XVIEWER软件对声压波形分析和计算,最后对激光电化学复合加工的区域进行拍照,并分析冲击空化效应对激光电化学复合加工后的形貌特性和表面质量的作用和影响。结果表明,脉冲激光聚焦电解液下,产生冲击空化效应,向外辐射3个不同声压信号;随着激光能量的增加,激光冲击空化的3个声压变大,空泡的半径和泡能均增加;在激光电化学复合加工中,激光能量增加,产生的等离子冲击波和射流力越大,工件去除的量越多;空泡脉动促进电解液的流动,对加工区域的微观形貌和表面质量起重要作用。这一结果对复合加工的过程和形貌是有帮助的。     

激光热力效应对不同材料电化学刻蚀形貌的作用研究

在所构建的纳秒脉冲激光电化学复合加工(LECM)系统中,利用激光辐照和脉冲电化学复合加工的方法,在相同的工艺参数下,分别对304不锈钢、7075铝合金、1060纯铝等金属和脆性材料硅进行了加工试验。探讨了激光热力效应促进电化学加工的机理,并对不同金属材料的极化曲线进行了测量。通过扫描电子显微镜(SEM)对比分析了不同材料复合加工表面的微观形貌;并通过超景深三维显微镜对不同材料的加工深度、宽度与深宽比进行了分析。试验结果表明,在激光热力作用下,铝合金的电化学刻蚀质量和表面形貌较好,且可以加工出深宽比较大的微结构;脆性材料则存在微颗粒的冲击崩离。