WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 27 |

В глубину отверстие растёт в основном за счёт испарения, а по диаметру за счёт плавления стенок и вытекания жидкости при создаваемом избыточном давлении паров. Согласно модели кинетики образования отверстия в непрозрачном материале, глубина h и диаметр отверстия D определяются по формулам:

r0 3E ro h = + tgf tg2f L0 tgf, (2.25) 3E tgf r = 3 r0 +, Lгде ro - начальный радиус лунки; E - энергия излучения в импульсе;

f - половинный угол растра светового конуса; L0 - удельная энергия испарения материала при Т=0 К.

Из формул видно, что и глубина, и диаметр отверстия нелинейно зависят от энергии излучения. Так, при D >> 2r0 h E1/3 и D E1/3.

Параметр, характеризующий данный технологический процесс - это отношение h/D. Чем больше отношение, тем более эффективно используются возможности технологической установки. Чем меньше tgf, тем больше отношение глубины отверстия к его диаметру:

h 1 - =, (2.26) D 2tgf 3Etgf 1 + r0L поэтому для получения глубоких узких отверстий оптимальным является случай, когда tgf равен нулю. При этом:

E h E h = ; D = D0 = 2r0; =. (2.27) r0L0 D 2r0LОбычно tgf отличен от нуля, поэтому существует предел в диаметре и глубине отверстия, выше которого будет недостаточно плотности излучения для испарения материала из-за расфокусировки:

E - rQП E DПР = 2 ; hПР =, (2.28) QП tgf где QП - пороговая плотность энергии, соответствующая установлению процесса квазистационарного испарения.

В настоящее время для сверления отверстий используются в основном лазеры на АИГ. Они обеспечивают частоту следования импульсов до 1000 Гц и мощность в непрерывном режиме от 1 до 1000 Вт, в импульсном до сотен киловатт, а в режиме с модулированной добротностью до нескольких мегаватт. Другим широко применяемым для сверления лазером является СО2-лазер. Операции сверления и фрезирования, базирующиеся на серийных установках "Кристалл-6" и опытных установках "Кристалл-7", успешно применяются для сверления отверстий в керамических деталях электронных приборов и др. деталях. Обрабатываются отверстия диаметром 0,05-0,6 мм в деталях толщиной 0,5-8 мм. На базе опытных установок "Кристалл-16" разработана технология сверления точно координированных отверстий в цветоделительных масках электронно-лучевых приборов, что обеспечивает повышение производительности в 3 - 5 раз.

2.2.7. РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ И ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК Испарение материалов эффективно применяется для размерной обработки тонкопленочных изделий. С развитием микроэлектроники значительно возрос интерес к методам высокоточной и производительной обработки пленок из различных материалов (в частности, металлических) толщиной 500—5000 на диэлектрических подложках.

При плотностях мощности порядка 108 Вт/см2 и более в зоне обработки температура возрастает со скоростью 1010 °С/с, а температурный градиент составляет 106 °С/см, т.е. сохраняется резкий высокотемпературный контур изображения. Уже после 5 нс после начала воздействия излучения на поверхности достигается температура испарения материала, а после 50 нс металл проплавляется на глубину до 2 мкм.

С целью эффективной обработки вначале выбирают лазер с большим поглощением его излучения материалами пленки, затем определяют оптимальный импульсный режим. Обычно для обработки пленочных металлических структур плотности энергии составляют 1-60 Дж/см2 при длительностях импульсов 1-500 нс. Используя режимы одноимпульсного и многоимпульсного воздействия излучения твердотельного или газового лазера, обработку проводят проекционным, контурно-лучевым или контурнопроекционным методом.

При этом на обрабатываемых участках должна быть превзойдена пороговая плотность мощности:

L0 d qп =, (2.29) A где L0 - энергия испарения единицы объема вещества пленки; d - толщина пленки; А - поглощающая способность; - длительность импульса.

Если мощность в импульсе W, то за один импульс можно удалить участок пленки площадью S = W/qП, для ориентировочных оценок площади пользуются понятием о характерном диаметре круга обработки D0:

D0 = 2 A W / ( L0 d), (2.30) где W - энергия импульса.

Например, чтобы обработать пленочный хромовый фотошаблон размером 4040 мм с удалением 50% материала с его поверхности при толщине пленки 500, при удельной энергии испарения хрома 50 кДж/см3 и поглощающей способности А=0,5 потребуется 105 импульсов излучения лазера на АИГ, с энергией в импульсе, равной 7103 Дж и длительностью импульсов 8-15 нс при частоте их повторения 100 Гц, время обработки составляет 16-17 мин.

При контурно-лучевом методе, управляя движением луча по поверхности с помощью оптической системы, можно последовательно формировать элементы рисунка на плоскости заготовки. Этот метод достаточно широко используется для подгонки номиналов пассивных элементов тонкопленочных и гибридных интегральных микросхем (сопротивлений, конденсаторов), кварцевых резонаторов, локального легирования материалов, в частности, диодных матриц.

В проекционном методе обработки предусматривается предварительное изготовление маски в увеличенном масштабе с прозрачными участками, формирующими изображение объекта обработки.

Например, для проведения процесса микрообработки испарением материалов лучом лазера на установке типа «Калан» предварительно изготавливают маску с максимальным размером 2020 мм. Затем с помощью проекционной оптической системы ее изображение в прошедшем световом потоке уменьшается в 10-40 раз. Минимальный размер элементов, обрабатываемых на пленках, 3-5 мкм. В установке «Калан» используется твердотельный лазер на стекле с неодимом. Энергия излучения равна 10 Дж при длительности импульсов 510-7 с и частоте их повторения 6 имп./мин. На установке проекционной обработки изготавливают элементы микроэлектронных устройств и микрофотошаблоны, маркируют изделия и детали, печатают микротексты и микроизображения.

Чаще для формирования изображений в пленочных элементах применяют контурно-проекционный метод, являющийся комбинацией двух ранее рассмотренных. Элементы изображения здесь синтезируются из необходимого числа линий заданной длины и элементарных прямоугольников или кругов. На рис. 2.8 приведена схема лазерного генератора изображений, в котором используется принцип контурнопроекционной обработки.

В лазерной литографии на таком генераторе изображений обрабатываются пленки толщиной 200-2000 при плотности мощности, равной 106-2108 Вт/см2.

Рис. 2.8. Схема лазерного генератора изображений для контурнопроекционной обработки: 1- лазер; 2-призма; 3-конденсор; 4- регулируемая щель; 5, 7 - объектив; 6 - стол с образцом: 8 - полупрозрачное зеркало;

9-система контроля; 10- конденсор; 11-лампа С помощью диафрагм формируются элементарные участки обработки - прямоугольники со сторонами от 5 до 35 мкм (на объекте обработки) или круги диаметрами от 1 до 45 мкм. Общий размер поля изображения составляет от 20 до 50 мм2 скорость обработки-0,1 мм/с, погрешность положения и размеров элементов ±1,5 мкм. Элементы можно контролировать с помощью оптической системы микроскопа с увеличением до 50х. Для пленок хрома и алюминия толщиной 500 минимальный размер элементов изображения 1,1-1,5 мкм.

Контрольные вопросы 1. Назовите основные элементы лазерной технологической установки.

2. Какие типы лазеров чаще всего используются в качестве технологических 3. Чем определяется минимальный диаметр сфокусированного лазерного луча 4. В чем суть лазерного упрочнения металла без плавления поверхностного слоя 5. Назовите основные преимущества лазерного упрочнения поверхности металла по сравнению с традиционными методами.

6. Как можно осуществить лазерную металлизацию поверхности 7. Как можно провести процесс азотирования металла лазерным методом 8. Какие эффекты возникают при плавлении и застывании тонкого поверхностного слоя 9. Для каких целей может быть использовано поверхностное плавление при лазерном облучении 10. Каковы преимущества лазерной балансировки быстро вращающихся деталей 11. В чем преимущества лазерной пайки деталей 12. Укажите основные области применения лазерной пайки в производстве изделий электронной техники.

13. Почему лазеры не используются при пайке электрических проводов 14. Как классифицируются режимы лазерной сварки 15. Назовите основные достоинства лазерной сварки.

16. Укажите основные направления использования лазерной сварки в производстве изделий электронной техники.

17. Каков механизм газолазерной резки материалов 18. В чем преимущества лазерной резки материалов по сравнению с традиционными способами.

19. В чем суть метода резки материалов путем создания термонапряжений 20. Назовите основные преимущества лазерного метода создания отверстий в материалах.

21. От чего зависит минимальный диаметр получаемого отверстия 22. В чем суть лазерной размерной обработки материалов 23. Приведите примеры процессов практического использования лазерной размерной обработки материалов.

24. Назовите методы лазерной размерной обработки материалов и проведите их сравнение.

2.3. ЛАЗЕРНЫ Е МИКРОТЕХНОЛОГИИ Ряд важных промышленных применений лазеров был продиктован нуждами микротехнологии. Преимуществами лазерной обработки в этой области являются:

• малая зона термического влияния;

• регулирование глубины обработки;

• быстрота выполнения;

• производство операций в любой части технологического цикла.

Ниже приведены некоторые примеры реализации технологических процессов в технологии микроэлектроники и электронной техники.

Очистка поверхности Лазерный нагрев металлов начинается с поглощения излучения в тонком поверхностном слое (скин-слое). Быстрый рост температуры в этом слое может привести к выделению поглощенных поверхностью веществ без существенного нагрева всей массы материала. Поэтому лазерная десорбция является эффективным методом очистки поверхности. Такую очистку можно проводить в условиях высокого и сверхвысокого вакуума при введении лазерного излучения через оптические окна вакуумной установки. При этом резко повышается качество очистки, и сокращается время обработки. Так, при получении атомно чистой поверхности кремния время процесса сокращается от нескольких часов до нескольких секунд.

Лазерная доводка резисторов Сопротивление плёночного резистора определяется формулой:

L R =, (2.31) h B где - удельное сопротивление материала плёнки; h - толщина плёнки; L - длина; В - ширина резистора.

Видно, что изменения R можно достичь, воздействуя на структуру плёнки, то есть меняя либо её удельное сопротивление, либо её толщину h, либо конфигурацию или размеры резистора L и В.

Подстройка сопротивлений плёночных резисторов достигается испарением части резистивного слоя. При испарении материал можно удалить либо в виде серий отверстий, либо непрерывно в виде линий (рис.2.9).

Изменение сопротивления резистора в этом случае зависит от площади удалённой линии - длины и ширины прорези и её ориентации на резисторе.

Наиболее употребительными формами резисторов являются прямоугольная и трапециевидная, а прорезей в них - Х-рез (вдоль линий тока); Y-рез (поперёк линий тока); L-рез (комбинация Х- и Y-резов).

Изменение сопротивления резистора в этом случае зависит от площади удалённой линии - длины и ширины прорези и её ориентации на резисторе.

Наиболее употребительными формами резисторов являются прямоугольная и трапециевидная, а прорезей в них - Х-рез (вдоль линий тока); Y-рез (поперёк линий тока); L-рез (комбинация Х- и Y-резов).

Тонкопленочный резистор, например TaN на Si Отверстия а Линейный рез б Рис.2.9. Доводка резисторов. а) удаление материала на дискретных участках;

б) удаление материала посредством линейных резов.

Несмотря на удовлетворительные результаты и широкое распространение метода подгонки испарением, большой интерес представляют также возможности изменения сопротивлений резисторов без разрушения. Сопротивление резисторов необратимо меняется при нагревании с помощью лазерного излучения: в сторону уменьшения - вследствие отжига дефектов и в сторону увеличения - в результате окисления при облучении на воздухе. Оба эти явления позволяют не только увеличивать, но и уменьшать сопротивление резисторов при подгонке и стабилизируют его параметры. В зависимости от условий осаждения и облучения плёнок может преобладать один из двух указанных эффектов.

Подстройка параметров и изготовление СВЧ-схем Интенсивное развитие полупроводниковой микроэлектроники привело к созданию ряда новых приборов для СВЧ-диапазона, таких как лавиннопролётные приборы, приборы на основе эффекта Ганна, диоды с барьером Ш оттки, р-i-n-диоды и другие. При конструировании подобных устройств значительную трудность представляет реализация с высокой точностью заданных параметров. Одним из наиболее эффективных методов подстройки параметров СВЧ-схем является лазерный. Вопросы, касающиеся подстройки некоторых элементов микросхем, таких как плёночные резисторы, были рассмотрены выше и полностью справедливы в диапазоне СВЧ для пассивных элементов. При подстройке параметров активных элементов необходимо обеспечить кратность длин отрезков микрополосковых линий, обуславливающих получение оптимальных сопротивлений элементов схемы, длине волны электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, на которую рассчитана схема. Настройка с помощью лазерного излучения микросхемы генератора Ганна производится путём изменения длины отрезка микрополосковой линии. Это позволяет настраивать генератор на оптимальную мощность практически при неизменной частоте. Аналогично изменением длины отрезка можно подстроить частоту генератора Ганна при постоянной мощности.

Подстройка параметров кварцевых пьезоэлементов Кварцевые резонаторы и фильтры являются важными элементами современной навигационной и измерительной аппаратуры. Они используются либо для стабилизации частоты, либо в качестве фильтров высокой избирательности. При этом предъявляются жёсткие требования к точности частоты кварцевых пьезоэлементов. Высокую точность частоты резонаторов и фильтров можно получить в результате прецизионной подстройки на завершающих стадиях их изготовления. В последнее время наибольшее внимание уделяется методу подстройки частоты, основанному на изменении массы пьезоэлемента за счёт локального испарения материала электродов сфокусированным излучением лазера. При уменьшении массы пьезоэлемента частота его колебаний увеличивается, а с увеличением массы она уменьшается. Увеличение массы пьезоэлемента можно осуществить путём лазерного переноса материала (рис.2.10). Перенос представляет собой разновидность лазерного напыления тонкой плёнки. При этом в качестве источника используется плёнка материала, напылённого на прозрачную пластину (донор). Сущность процесса лазерного переноса заключается в испарении донорного материала, который затем осаждается на подложке, называемой акцептором. При подстройке частоты, таким акцептором является пьезоэлемент.

d а) б) Д A A Д Рис.2.10. Схема прямого (а) и обратного (б) локального лазерного переноса вещества: Д - донор; А - акцептор (стрелка указывает направление переноса) Перенос в общем случае может быть двух видов: прямой и обратный.

При прямом переносе донор облучается со стороны прозрачной пластины, и продукты разрушения летят по ходу лазерного излучения. При обратном переносе донор облучается со стороны плёнки, и продукты разрушения летят навстречу лучу.

Лазерный отж иг Лазерный отжиг устраняет повреждения в полупроводниках, вызванные внедрением (имплантацией) ионов. Так как внедряемые ионы предварительно ускоряются до энергий в несколько десятков или сотен килоэлектронвольт, легирование указанным способом сопровождается повреждениями кристалла в виде дислокаций, сдвигов, дислокационных петель и разнообразных точечных дефектов. Указанные повреждения частично устраняются термическим отжигом, т.е. нагревом всего полупроводника в регулируемой атмосфере в печи. Однако при такой обработке образец нередко загрязняется, ухудшаются его электрические характеристики. Кроме того, при нагреве всего образца возможны диффузия и рекомбинация вносимых примесных атомов и даже выпадение их в осадок.

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 27 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.