RU2537101C1 - Способ прецизионной лазерно-плазмохимической резки пластин - Google Patents
Способ прецизионной лазерно-плазмохимической резки пластин Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537101C1 RU2537101C1 RU2013137198/28A RU2013137198A RU2537101C1 RU 2537101 C1 RU2537101 C1 RU 2537101C1 RU 2013137198/28 A RU2013137198/28 A RU 2013137198/28A RU 2013137198 A RU2013137198 A RU 2013137198A RU 2537101 C1 RU2537101 C1 RU 2537101C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- cutting
- atmosphere
- plates
- plasma
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137198/28A RU2537101C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Способ прецизионной лазерно-плазмохимической резки пластин |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013137198/28A RU2537101C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Способ прецизионной лазерно-плазмохимической резки пластин |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2537101C1 true RU2537101C1 (ru) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013137198/28A RU2537101C1 (ru) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | Способ прецизионной лазерно-плазмохимической резки пластин |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2537101C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2731167C1 (ru) * | 2019-07-11 | 2020-08-31 | Федеральное государственное автономное научное учреждение Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова Российской академии наук (ФГАНУ ИСВЧПЭ РАН) | Способ лазерной плазмохимической резки пластин |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0259572A2 (en) * | 1986-09-12 | 1988-03-16 | International Business Machines Corporation | High rate laser etching technique |
| US5490963A (en) * | 1993-06-07 | 1996-02-13 | General Electric Company | Preparation of thin free-standing diamond films |
| RU2172233C2 (ru) * | 1999-06-29 | 2001-08-20 | Жулев Юрий Григорьевич | Способ и устройство для резки материалов лазерным лучом |
| RU2336164C1 (ru) * | 2007-03-19 | 2008-10-20 | Александр Викторович Жарков | Способ лазерного распиливания алмазов |
-
2013
- 2013-08-08 RU RU2013137198/28A patent/RU2537101C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0259572A2 (en) * | 1986-09-12 | 1988-03-16 | International Business Machines Corporation | High rate laser etching technique |
| US5490963A (en) * | 1993-06-07 | 1996-02-13 | General Electric Company | Preparation of thin free-standing diamond films |
| RU2172233C2 (ru) * | 1999-06-29 | 2001-08-20 | Жулев Юрий Григорьевич | Способ и устройство для резки материалов лазерным лучом |
| RU2336164C1 (ru) * | 2007-03-19 | 2008-10-20 | Александр Викторович Жарков | Способ лазерного распиливания алмазов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2731167C1 (ru) * | 2019-07-11 | 2020-08-31 | Федеральное государственное автономное научное учреждение Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова Российской академии наук (ФГАНУ ИСВЧПЭ РАН) | Способ лазерной плазмохимической резки пластин |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2009033202A (ja) | 蒸着チェンバーから誘電率が大きな材料を除去する方法 | |
| JP2006035213A (ja) | 窒化チタンの除去方法 | |
| CN107820453B (zh) | 用于引导供体基底的边缘区域中的裂纹的方法 | |
| JP2007150305A (ja) | 二フッ化キセノンを用いた窒化チタンの選択的エッチング | |
| CN101378850A (zh) | 加强用于介电膜层的远程等离子体源清洁 | |
| Fanara et al. | A new reactive atom plasma technology (RAPT) for precision machining: the etching of ULE® surfaces | |
| US20100022095A1 (en) | Selective Etching and Formation of Xenon Difluoride | |
| WO2007108548A1 (ja) | 半導体加工装置用セラミック被覆部材の製造方法 | |
| JP2006049817A (ja) | プラズマ処理方法およびプラズマエッチング方法 | |
| JP5802454B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| CN107848067B (zh) | 用倾斜激光射束在供体基底的边缘区域中引导裂纹的方法 | |
| JP2006041523A (ja) | フッ素利用率を増大させる方法 | |
| JP2019207911A5 (ru) | ||
| JP2008244292A (ja) | プラズマ処理装置の処理性能安定化方法 | |
| TWI475611B (zh) | 選擇性蝕刻及二氟化氙的形成 | |
| Lee et al. | On the relationships between plasma chemistry, etching kinetics and etching residues in CF4+ C4F8+ Ar and CF4+ CH2F2+ Ar plasmas with various CF4/C4F8 and CF4/CH2F2 mixing ratios | |
| TW201801177A (zh) | 基板之汽相氫氧自由基處理用系統及方法 | |
| JP6956288B2 (ja) | 基板処理方法、プラズマ処理装置、及びエッチングガス組成物 | |
| RU2537101C1 (ru) | Способ прецизионной лазерно-плазмохимической резки пластин | |
| Chabert et al. | Reactive ion etching of silicon carbide in SF 6 gas: Detection of CF, CF 2, and SiF 2 etch products | |
| Osipov et al. | Silicon carbide dry etching technique for pressure sensors design | |
| JP2022002337A (ja) | 基板処理方法及びプラズマ処理装置 | |
| RU2731167C1 (ru) | Способ лазерной плазмохимической резки пластин | |
| JP2018141146A (ja) | ドライエッチング剤、ドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2011099137A (ja) | ダイヤモンド膜の形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190809 |