Способ прецизионной лазерно-плазмохимической резки пластин



Владельцы патента RU 2537101:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) (RU)

Изобретение относится к лазерным методам резки пластин и может быть использовано в микроэлектронной промышленности для резки алмазных, карбидкремниевых, кремниевых и других подложек с изготовленными на них приборами. Технический результат - прецизионная лазерная резка без «выброса» и переосаждения материала подложек на сформированные приборы, стенки и окна технологической камеры. Способ лазерной резки алмазных подложек предусматривает фокусировку лазерного излучения на обрабатываемой поверхности в атмосфере в газовой смеси, содержащей соединения фтора, при этом химические реакции инициируются как за счет термических процессов диссоциации газовых компонент, так и за счет образования плазмы в атмосфере чистого фтора или чистого фтористого водорода при давлении от атмосферного до 1·•10-2 Торр. 1 ил.

 

Изобретение относится к лазерным методам резки пластин и может быть использовано в микроэлектронной промышленности для резки алмазных, карбидкремниевых, кремниевых и других подложек с изготовленными на них приборами без «выброса» и переосаждения материала подложек на сформированные приборы, стенки и окна технологической камеры.

Из предшествующего уровня техники известен способ химико-термической обработки материалов с инициированием поверхностной реакции при повышении температуры подложки, например, лазерно-индуцированных термохимических реакций окисления [1, 2, 3, 4, 5]. Однако использование кислорода (для резки алмаза) хотя и возможно, но не желательно для изготовленных на нем структур ввиду формирования дополнительных оксидов, а также образования на поверхности реза графита, который попадает и на сформированные структуры (приборы).

Известен способ для высокоточной лазерной резки хрупких неметаллических материалов - монокристаллы сапфира, кварца [6]. Способ включает нанесение надреза по линии реза, нагрев линии реза лазерным пучком и локальное охлаждение зоны нагрева с помощью хладоагента. Способ трудоемок, поскольку включает несколько стадий - нанесение надреза на пластину, фокусировку лазерного луча на надрез, лазерный разогрев надреза, охлаждение надреза. При этом в разрезаемом материале возникают механические напряжения, которые непредсказуемым образом могут влиять в процессе эксплуатации прибора.

Известно использование лазера для диссоциации молекул COF2 с целью получения радикалов фтора, которые использовались для травления кремния и тугоплавких материалов [7]. Однако наряду с радикалами фтора, образуются и частицы углерода (графита), который осаждается на приборах и стенках камеры.

Известно использование CO2-лазера для проведения фотохимических процессов разложения SF6 с целью получения радикалов фтора для травления кремния [8]. Помимо радикалов фтора появляются и чистая сера, и фрагменты SFx, где х=1÷5, которые могут осаждаться (особенно сера) на приборах и стенках реакционной камеры.

Известен способ травления соединений A3B5 в смеси NF3 или SF6 с H2, а также COF2/H2 [9]. Недостатки те же, что и в предыдущих способах.

Известен способ термического травления алмаза через промежуточную графитовую фазу с помощью атомарного водорода (или радикалов водорода) [10]. При этом температура процесса порядка 1200°C. Такое локальное термическое воздействие неизбежно приводит к возникновению механических напряжений, «разрядка» которых не предсказуема при эксплуатации приборов.

Известно изобретение [11], принятое за прототип, в котором помимо способа травления материалов во фторидных радикалах, рассмотрена и схема установки для лазерной стимуляции и диссоциации фторсодержащих молекул технологических газов. В описанном способе используется два лазера: He-Ne лазер и CO2-лазер. В качестве фторсодержащих газов используют NF3 и SF6. Рабочей смесью является водород (H2) с добавками вышеуказанных фторсодержащих газов. Недостатками метода является то, что приходится использовать несколько лазеров и не исключается возможность образования серы и фрагментов исходных молекул, которые имеют склонность к осаждению на стенках реакционной камеры, в том числе и на сформированных приборах.

Техническим результатом данного изобретения является возможность прецизионной лазерной резки без «выброса» и переосаждения материала подложек на сформированные приборы, стенки и окна технологической камеры.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве газов используется F2 или HF. Тем самым при травлении алмаза (а также SiC, Si) образуются только летучие соединения CFx (x=1÷4), CHy (y=1÷4). Для проведения технологических процессов использовался один лазер на парах меди. Он позволяет фокусировать пучок до 2 мкм в диаметре и формировать полосу шириной 2 мкм, длиной 2,5 мм.

Установка, на которой проводились процессы, состоит из лазера (1) на парах меди, оптической системы (2), реакционной откачиваемой камеры (3), газового блока (4), системы прецизионного перемещения (5) обрабатываемой пластины (6) (координатный стол), вакуумного насоса (7). Блок-схема установки показана на чертеже.

Отличительной особенностью процесса является то, что химические реакции инициируются не только за счет термических процессов диссоциации газовых компонент, но и образования плазмы, а это происходит при понижении рабочего давления. Известно, что в плазме образуются не только радикалы, но и ионы, и тем самым общая скорость травления повышается по сравнению с радикальным травлением, то есть идет плазмохимический процесс травления под плавающим потенциалом от минус 15 до минус 20 В. Для проведения лазерно-плазмохимического процесса требуется меньше мощности по сравнению с чисто термохимическим процессом, а тем более термическим распылением разрезаемого материала.

Переход термохимического в плазмохимический процесс происходит при понижении рабочего давления с атмосферного вплоть до 1·10-2 Торр. Объем плазмы определяется диаметром пучка (или длиной и шириной линии), что эквивалентно ширине реза. Таким образом, осуществляется резка алмазной (SiC или Si) пластины с помощью плазмы, инициированной и поддерживаемой с помощью лазера на парах меди.

Пример 1. Осуществление способа резки лазерно-плазмохимической резки поликристаллической алмазной подложки диаметром 76 мм. Использовался лазер на парах меди с длиной волны 0,5782 мкм. Энергия в импульсе составляла 0,1 мДж, частота следования импульсов - 10 кГц, длительность импульса - 10 нс, диаметр фокусного пятна - 2 мкм. Давления в реакционной камере - атмосферное, газ - F2. При этих параметрах наблюдались пробои газа (плазменный разряд) в области фокусного пятна (области реза). Частота пробоев приблизительно 10÷15 Гц. В результате обработки поверхность реза была гладкой, без следов графита.

Пример 2. Поликристаллическая алмазная пластина диаметром 76 мм разрезалась лазером на парах меди с длиной волны 0,5106 мкм. Параметры технологического процесса:

- энергия в импульсе - 10 мДж;

- частота следования импульсов - 50 кГц;

- длительность импульса - 20 нс;

- диаметр фокусного пятна - 2 мкм;

- газ - F2;

- давление в реакционной камере - 1 Торр.

При этих параметрах в области фокусного пятна устойчиво существовал плазменный разряд и шел плазмохимический процесс травления. В результате обработки поверхность реза была гладкой, без следов графита.

Пример 3. Поликристаллическая алмазная пластина диаметром 76 мм разрезалась лазером на парах меди с длиной волны 0,5782 мкм. Параметры технологического процесса:

- энергия в импульсе - 100 мДж;

- частота следования импульсов - 100 кГц;

- длительность импульса - 50 нс;

- пучок шириной 2 мкм и длиной 2 мм;

- газ - F2;

- давление в реакционной камере - 1·10-2 Торр.

При этих условиях в области протяженного пятна устойчиво существовал разряд и шел плазмохимический процесс травления. В результате обработки поверхность реза была гладкой, без следов графита.

Пример 4. Поликристаллическая алмазная пластина диаметром 76 мм разрезалась лазером на парах меди с длиной волны 0,5782 мкм. Параметры технологического процесса:

- энергия в импульсе - 20 мДж;

- частота следования импульсов - 30 кГц;

- длительность импульса - 20 нс;

- диаметр фокусного пятна - 2 мкм;

- газ - HF;

- давление в реакционной камере - 1·10-1 Торр.

При этих параметрах в области фокусного пятна устойчиво существовал плазменный разряд и шел плазмохимический процесс травления. В результате обработки поверхность реза была гладкой, без следов графита.

Пример 5. Поликристаллическая алмазная пластина диаметром 76 мм разрезалась лазером на парах меди с длиной волны 0,5106 мкм. Параметры технологического процесса:

- энергия в импульсе - 50 мДж;

- частота следования импульсов - 75 кГц;

- длительность импульса - 35 нс;

- пучок шириной 2 мкм и длиной 2 мм;

- газ - HF;

- давление в реакционной камере - 5 Торр.

При этих условиях в области протяженного пятна устойчиво существовал разряд и шел плазмохимический процесс травления. В результате обработки поверхность реза была гладкой, без следов графита.

Источники информации

1. Д.В. Абрамов, В.Г. Прокошев, С.А. Буяров, С.М. Аракелян. Диагностика лазерно-индуцированных термохимических процессов на поверхности материалов. 6-я Международная конференция «Лазерные технологии - 98 (ILLA-98)», г.Шатура, с.115.

2. Д.В. Абрамов, В.Г. Прокошев, С.А. Буяров, В.Г. Прокошев, С.М. Аракелян. Численное моделирование лазерного термохимического окисления металлов. Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика 99», 19-21 октября 1999 г., г.Санкт-Петербург, с.108.

3. Д.Т. Алимов, Ш. Атабаев, Ф.В. Бункин и др. Термохимические неустойчивости в гетерогенных процессах, стимулированных лазерным излучением. Поверхность. Физика, химия, механика. 1982, №8, с.12-21.

4. Н.В. Карлов, Н.А. Кириченко, Б.С Лукьянчук. Лазерная термохимия. М.: ЦентрКом, 1995, 368 с.

5. Д.В. Абрамов. Лазерно-индуцированные термохимические и гидродинамические процессы на поверхности вещества и их диагностика в реальном времени с помощью лазерного проекционного микроскопа. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Специальность: 01.04.21 - лазерная физика. Владимирский государственный университет. Владимир. 2000 г.

6. RU 2224648 C1. 27.02.2004. B28D 5/00.

7. G.L. Loper et al. UV laser-generated fluorine atom etching of polycrystalline Si, Mo and Ti. Applied Physics Letters. Vol.46. Iss. 7.

8. T.J. Chuang. Multiple photon excited SF6 interaction with silicon surfaces. J. Chem. Phys. 74, 1453 (1981).

9. EP 0513940 A2. 19.11.1992. H01L 21/306.

10. US 5419798 A. 30.05.1995. C23F 1/02.

11. EP 0259572 B1. 25.09.1991. H01L 21/306.

Способ лазерной резки алмазных подложек, предусматривающий фокусировку лазерного излучения на обрабатываемой поверхности в атмосфере в газовой смеси, содержащей соединения фтора, отличающийся тем, что химические реакции инициируются не только за счет термических процессов диссоциации газовых компонент, но и образования плазмы в атмосфере чистого фтора (F2) или чистого фтористого водорода (HF) при давлении от атмосферного до 1·10-2 Торр.



 

Похожие патенты:

Использование: для формирования сквозных отверстий или углублений в кремниевой подложке. Сущность изобретения заключается в том, что формирование сквозных отверстий в кремниевой подложке осуществляют путем размещения на кремниевой подложке алюминиевого образца с заданной формой поперечного сечения рабочей части образца, соответствующей форме формируемого в подложке отверстия, и высотой рабочей части образца, не меньшей толщины подложки, далее осуществляют нагрев подложки с размещенным на ней алюминиевым образцом до температуры эвтектики, равной 570±10°С, обеспечивая высокоскоростную диффузию атомов кремния в алюминиевый образец, выдерживают подложку с алюминиевым образцом при температуре эвтектики не менее 10 минут, после чего охлаждают подложку с алюминиевым образцом до комнатной температуры.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении микромеханических гироскопов для измерения угловой скорости. .
Изобретение относится к области полупроводниковой опто- и микроэлектроники. .
Изобретение относится к области обработки полупроводниковых материалов, а именно к химико-механическим способам полирования полупроводников. .

Изобретение относится к способам разделения монокристаллов на пластины, которые в дальнейшем применяются для изготовления подложек, используемых в производстве различных оптоэлектронных элементов и устройств.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности к полной активации доноров и акцепторов при условии полного устранения остаточных дефектов.

Изобретение относится к технологиям изготовления микроструктурных устройств и полупроводниковых приборов и может быть использовано для формирования висящих конструкций, таких как мембраны, консоли, кантилеверы и других, на базе которых изготавливают многоэлементные микромеханические преобразователи (ММП).
Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в микроэлектронике и оптике при производстве пластин из полупроводниковых и оптических материалов, особенно из материалов с повышенной твердостью и хрупкостью, например из сапфира.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам приготовления атомно-гладких поверхностей полупроводников. .
Изобретение относится к области изготовления оптических элементов и может быть использовано в инфракрасной технике. .
Изобретение относится к области полупроводниковой опто- и микроэлектроники и может быть использовано в электронной промышленности для создания электронных приборов и фотопреобразователей на основе полупроводниковых гетероструктур. В способе предэпитаксиальной обработки поверхности подложки из германия операцию удаления с поверхности подложки слоя естественного окисла германия и операцию очистки поверхности подложки от неорганических загрязнений осуществляют в одну стадию на установке гидромеханической отмывки с использованием раствора NH4OH:H2O2:H2O=1:1:40 в течение 2÷5 минут при температуре 19-23оС. Операцию пассивации поверхности подложки не проводят. Изобретение позволяет сократить число стадий обработки подложки при одновременном улучшении качества ее поверхности.

Изобретение относится к способам доводки ориентации подложек из монокристаллических алмазов, предназначенных для эпитаксиального роста из газовой фазы монокристаллических алмазных пластин высокого структурного совершенства, используемых в производстве рентгеновских монохроматоров, приборов электроники, оптики. Сущность изобретения: в способе доводки ориентации алмазной монокристаллической подложки в процессе шлифовки и полировки, закрепляемой с помощью планшайбы на шпинделе устройства, выполненного сборным, с возможностью плавного поворота по нониусу вокруг оси в двух взаимно перпендикулярных направлениях с фиксацией, корректировка угла разориентации ростовой поверхности с дифракционной плоскостью выполняется без съема кристалла на узком участке, площадь которого находится в пределах 1-5% от общей площади подлежащей доводке грани подложки, с использованием методов промежуточных измерений не требующих рентгеновской дифрактометрии и переполировки всей ростовой поверхности, что позволяет обеспечить лучшее качество, экономию времени и проводить доводку с точностью, определяемой ценой делений нониуса. Способ предназначен для повышения качества, экономии времени доводки ориентации ростовых поверхностей подложек для эпитаксии алмаза с точностью угла разориентации с дифракционной плоскостью 12 угловых минут (0,2 градуса), путем полирования на кромке подложки корректирующей площадки, доля которой в общей площади подлежащей доводке грани находится в пределах 1-5%. 1 табл., 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к технологии обработки алмаза и может быть использовано в микроэлектронной технике СВЧ. Способ обработки поверхности алмаза включает взаимное расположение в одной плоскости исходной поверхности алмаза и металлической поверхности из стали, обеспечение непосредственного контакта упомянутых поверхностей, термическую обработку исходной поверхности алмаза на заданную глубину, обеспечивающую заданную конечную поверхность алмаза, при этом предусматривающую нагрев упомянутых поверхностей до температуры образования эвтектического сплава железо - углерод, выдержку при этой температуре и естественное охлаждение, причем металлическую поверхность из стали берут с содержанием углерода 3,9-4,1 мас. %, с классом чистоты поверхности со стороны контакта упомянутых поверхностей не менее 12, контакт упомянутых поверхностей осуществляют по всей их поверхности либо локально согласно заданной конечной поверхности алмаза, нагрев упомянутых поверхностей осуществляют в среде азота или инертного газа при температуре 1090-1135°C, с заданной скоростью, выдержку при этой температуре осуществляют в течение времени, определяемого из выражения: tвыд=d/f(Т,(Nэс-Nс)), где d - заданная глубина термической обработки исходной поверхности алмаза, мкм, Nэс - содержание углерода в эвтектическом сплаве железо - углерод исходной поверхности алмаза и металлической поверхности из стали, мас. %, Nc - содержание углерода металлической поверхности из стали, мас. %, f(T,(Nэс-Nс)) - функция скорости термической обработки исходной поверхности алмаза на заданную глубину от температуры нагрева упомянутых поверхностей и разницы содержания углерода в эвтектическом сплаве железо - углерод и металлической поверхности из стали. Технический результат - повышение качества обработки путем снижения шероховатости поверхности алмаза. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 21 пр.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к устройствам для плазменного осаждения пленок, и может быть использовано для изготовления тонкопленочных солнечных элементов, фоточувствительных материалов для оптических сенсоров и тонкопленочных транзисторов большеразмерных дисплеев, для нанесения защитных покрытий. Технический результат - обеспечение возможности осаждать однородные функциональные слои тонкопленочных солнечных элементов большой площади. Для нанесения функциональных слоев тонкопленочных солнечных элементов используют газоразрядное устройство на основе низкочастотного индукционного разряда трансформаторного типа. Устройство содержит разделенные газовыми шлюзами две и более реакционные камеры с подвижной лентообразной подложкой и разрядные камеры с магнитопроводами, выполненные таким образом, что в каждой реакционной камере горит четыре и более плазменных витка низкочастотного индукционного разряда трансформаторного типа, охватывая лентообразную подложку, генерируя ионы и радикалы в непосредственной близости от обрабатываемой поверхности подложки, и взаимно влияя друг на друга, приводя к выравниванию пространственного распределения плотности ионов и радикалов в реакционной камере и, соответственно, к осаждению однородных пленок. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности к способу обработки обратной стороны кремниевых подложек перед напылительными процессами. Техническим результатом изобретения является получение поверхности с хорошей адгезией к напыляемым металлам, равномерной по толщине, с отсутствием механических напряжений, трещин и сколов. Сущность способа обработки поверхности кремниевой подложки заключается в том, что на поверхность кремниевой пластины на расстоянии направляется струя частиц карбида кремния размерами не более 6 мкм при следующих технологических режимах: давление воздуха в сопле - 2,5±0,3 кг/см2, время - 5±0,1 минут и скорость вращения стола 20±4 об/мин. При этом поверхность имеет хорошие адгезивные свойства, разброс по толщине пластины не более 1,5±0,01 мкм и исключается возникновение микротрещин и механических напряжений, которые ухудшают качество поверхности. 4 пр.

Изобретение относится к способам обработки поверхности алмаза для его использования в электронной технике СВЧ. Способ включает взаимное расположение в одной плоскости исходной поверхности алмаза и металлической поверхности из стали, обеспечение непосредственного контакта упомянутых поверхностей, термическую обработку исходной поверхности алмаза на заданную глубину, обеспечивающую заданную конечную поверхность алмаза, при этом предусматривающую нагрев упомянутых поверхностей в инертной среде, с заданной скоростью, вблизи температуры образования эвтектического сплава железо - углерод, выдержку при этой температуре и естественное охлаждение, при этом металлическую поверхность из стали берут с содержанием углерода 3,9-4,1 мас. %, с классом чистоты поверхности со стороны контакта упомянутых поверхностей не менее 14, контакт упомянутых поверхностей осуществляют по всей их поверхности либо локально согласно заданной конечной поверхности алмаза, нагрев упомянутых поверхностей осуществляют при температуре 1090-1135°С, в процессе нагрева исходной поверхности алмаза и металлической поверхности из стали и выдержки осуществляют их перемещение в плоскости контакта относительно друг друга циклически, причем выдержку при упомянутой температуре осуществляют в течение времени (tвыд., с), перемещение исходной поверхности алмаза и металлической поверхности из стали относительно друг друга осуществляют со скоростью перемещения (vпер., мм/с) и количестве циклов перемещения (n), значения величин которых определяют из соответствующих выражений. Технический результат - повышение качества обработки за счет снижения шероховатости поверхности алмаза. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 21 пр.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2014-12-27 2014-12-26T19:24:46
Наверх