Устройство для обработки поверхности материалов лазерным лучом

 

Изобретение относится к области материаловедения, а более конкретно к устройствам для обработки поверхности материалов микро- и оптоэлектроники лазерными методами, и может быть применено в производстве полупроводниковых приборов. Достижение цели осуществляют тем, что в устройстве, состоящем из лазера, системы фокусирования в виде линзы и держателя образца, держатель образца выполнен в виде камертона, на ножках которого установлены задающая и измерительная катушки, соединенные с генератором частоты и частотомером соответственно, причем выход частотомера соединен через управляющий блок с выходом генератора частоты и блоком питания лазера, а линза выполнена цилиндрической. Технический результат изобретения заключается в снижении количества (концентрации) оплавленных участков поверхности при воздействии на нее лазерным лучом. 1 ил.

Изобретение относится к области материаловедения, а более конкретно к устройствам для обработки поверхности материалов микро- и оптоэлектроники лазерными методами, и может быть применено в производстве полупроводниковых приборов.

Известно устройство для обработки поверхности материалов, состоящее из лазера, оптической системы и держателя мишеней [1]. С помощью лазера обработку поверхности проводят концентрированным лазерным лучом с энергий 3-20 Дж/см² с площадью пятна 1-2 мм² и длительностью импульсов 3 мкс. Однако значительная энергия лазерного луча приводит к частичному оплавлению поверхности материалов. Такое оплавление поверхности приводит к появлению неоднородности структуры, что в конечном итоге влияет на характеристики изготовленных элементов оптоэлектроники.

Известно также устройство для обработки поверхности материалов лазерным лучом с энергией 0,1-15 Дж/см² с длительностью импульса 2•10^-8 с путем дефокусирования луча и ослабления его мощности калиброванными нейтральными фильтрами [2] . Согласно известному устройству облучение поверхности материалов проводят в режиме свободной генерации энергией лазерного луча 0,1-15 Дж/см² с длительностью импульса 2•10^-8 с. При таких энергиях поверхность элементов поддается значительному морфологическому повреждению.

Известно устройство для обработки поверхности материалов лазерным лучом, состоящее из лазера, работающего в режиме модулированной добротности, и держателя образцов [3] . Мощность лазерного излучения составляет 10⁸-10¹¹ Вт/см².

Однако недостаток известного устройства заключен в том, что материалы, которые подвергаются обработке, также имеют значительную поверхность повреждений.

Наиболее близким к изобретению является устройство для обработки поверхности материалов лазерным лучом, состоящее из лазера, системы фокусирования в виде линзы и держателя образца (4).

Техническая задача изобретения - снижение количества (концентрации) оплавленных участков поверхности при воздействии на нее лазерным лучом.

Достижение задачи осуществляют тем, что в устройстве, состоящем из лазера, системы фокусирования в виде линзы и держателя образца, держатель образца выполнен в виде камертона, на ножках которого установлены задающая и измерительная катушки, соединенные с генератором частоты и частотомером соответственно, причем выход частотомера соединен через управляющий блок с выходом генератора частоты и блоком питания лазера, линза выполнена цилиндрической. С помощью колебаний осуществляется сканирование сфокусированного в линию цилиндрической линзой лазерного луча. Генератор частоты задает частоту колебания держателя образца, а частотомер служит для отслеживания точности задания частоты генератором. Кроме того, роль цилиндрической линзы заключается в расширении сфокусированного лазерного пучка, падающего на поверхность образца.

Сущность изобретения основана на том, что выбор частоты сканирования сфокусированным в линию лазерным лучом обусловлен необходимостью сохранения морфологии поверхности и недопущения ее оплавления. В известном техническом решении [3] из-за воздействия сфокусированного в точку лазерного луча поверхность материала оплавляется. Сканирование линейным по размерам сфокусированным лучом в заявленном техническом решении позволяет снизить количество (концентрацию) оплавленных участков поверхности при воздействии на нее лазерным лучом.

На чертеже схематически приведено устройство для обработки поверхности материалов лазерным лучом.

Устройство состоит из лазера 1 типа ЛТИПЧ-7, цилиндрической линзы 2, образца 3, размещенного на вибраторе 4, выполненного в виде камертона, на ножках которого установлены задающая 5 и измерительная 6 катушки, соединенные с генератором 7 частоты и частотомером 8 соответственно, а система фокусирования выполнена из цилиндрической линзы 2. Выход частотомера соединен через управляющий блок 9 с генератором частоты и блоком питания 10 лазера 1.

Устройство работает следующим образом.

Образец 3, поверхность которого необходимо обработать лазерным лучом, помещают в вакуумную камеру (на схеме не показана), приводят его в колебание с определенной частотой с помощью генератора 7. Лазерный луч из лазера 1 направляют на образец 3 через цилиндрическую линзу 9. Линейный луч после цилиндрической линзы 9 фокусируется на образец 3. С помощью частотомера 8 проводится отслеживание заданной частоты генератором 7 с последующим отключением излучения от лазера 1 по заданной программе блоком управления 10. После проведения очистки в той же камере проводят изготовление элементов оптоэлектроники по известной технологии.

Технический результат предложенного устройства в том, что поверхность образца не подвергается сильному нагреву, вызывающему изменение морфологии поверхности, т.е. поверхность не подвергается оплавлению. Кроме того, задание определенной частоты сканирования лазерным лучом упрощает контроль обработки поверхности образца.

Источники информации 1. Конов В. И., Пименов С.М., Прохоров А.М., Чаплиев Н.И. Электронно-микроскопические исследования перестройки микрорельефа поверхности материалов при многократном импульсном лазерном ИК-облучении в вакууме // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1987. - Вып.12. - С. 98.

2. Загиней А.А., Котлярчук Б.К., Курило И.В. и др. Изменение структуры и морфологии поверхности кристаллов HgTe в зоне действия импульсов лазерного излучения // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1986. - Вып.6. - С. 76.

3. Авторское свидетельство СССР 1055784, Бюл. ОИПОТЗ 43, 1983.

4. RU 2136467, М.кл. В 23 К 26/00, В 08 В 7/00, 10.09.1999.

Формула изобретения

Устройство для обработки поверхности материалов лазерным лучом, состоящее из лазера, системы фокусирования в виде линзы и держателя образца, отличающееся тем, что держатель образца выполнен в виде камертона, на ножках которого установлены задающая и измерительная катушки, соединенные с генератором частоты и частотомером соответственно, причем выход частотомера соединен через управляющий блок с выходом генератора частоты и блоком питания лазера, а линза выполнена цилиндрической.

РИСУНКИ

Рисунок 1