RU2685427C1 - Method of laser processing of non-metallic plates - Google Patents
Method of laser processing of non-metallic plates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685427C1 RU2685427C1 RU2018122426A RU2018122426A RU2685427C1 RU 2685427 C1 RU2685427 C1 RU 2685427C1 RU 2018122426 A RU2018122426 A RU 2018122426A RU 2018122426 A RU2018122426 A RU 2018122426A RU 2685427 C1 RU2685427 C1 RU 2685427C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- laser
- temperature
- plates
- laser radiation
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
- B23K26/355—Texturing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/06—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising selenium or tellurium in uncombined form other than as impurities in semiconductor bodies of other materials
- H01L21/08—Preparation of the foundation plate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
- H01L21/3247—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering for altering the shape, e.g. smoothing the surface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/34—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies not provided for in groups H01L21/0405, H01L21/0445, H01L21/06, H01L21/16 and H01L21/18 with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/42—Bombardment with radiation
- H01L21/423—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/428—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов излучением лазеров, работающих в непрерывном режиме.The invention relates to the field of technological processes and can be used for laser annealing of plates from semiconductor, ceramic and glassy materials by radiation of lasers operating in a continuous mode.
Известен способ обработки неметаллических материалов, применяемый для аморфизации кремния и заключающийся в облучении поверхности пластины импульсом лазерного излучения с плотностью энергии, достаточной для плавления поверхностного слоя. Боязитов Р.М. и др. Аморфизация и кристаллизация кремния субнаносекундными лазерными импульсами. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом. Ленинград, 11–18 марта 1988 г., с. 24.There is a method of processing non-metallic materials used for amorphizing silicon and consisting in irradiating the surface of a plate with a laser pulse with an energy density sufficient to melt the surface layer. Boyazitov R.M. et al. Amorphization and crystallization of silicon by subnanosecond laser pulses. Abstracts of the All-Union Conference on the interaction of optical radiation with matter. Leningrad, March 11–18, 1988, p. 24
Известен также способ обработки неметаллических материалов, применяемый для отжига ионно-легированного кремния. Кузменченко Т.А. и др. Лазерный отжиг ионно-легированного кремния излучением с длиной волны 2,94 мкм. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом. Ленинград, 11–18 марта 1988 г., с. 29.Also known is the method of processing non-metallic materials used for annealing of ion-doped silicon. Kuzmenchenko T.A. et al. Laser annealing of ion-doped silicon with radiation with a wavelength of 2.94 microns. Abstracts of the All-Union Conference on the interaction of optical radiation with matter. Leningrad, March 11–18, 1988, p. 29.
Недостатком указанных способов является то, что они не учитывают термоупругие напряжения, возникающие в пластинах в процессе обработки и могущие привести к разрушению пластин.The disadvantage of these methods is that they do not take into account thermoelastic stresses that occur in the plates during processing and which can lead to the destruction of the plates.
Также известен способ обработки неметаллических материалов, в котором обработка пластин осуществляется путем облучения поверхности импульсом лазерного излучения. Временная форма импульса описывается определенным соотношением в зависимости от плотности потока энергии лазерного излучения, констант b1 и b2, характеризующих фронт и спад лазерного импульса, от длительности лазерного импульса, текущего времени от начала воздействия, плотности энергии и максимального значения плотности потока лазерного излучения в импульсе. Эффект достигается тем, что формируют лазерный импульс, временная форма которого описывается соотношениемA method for processing non-metallic materials is also known, in which the processing of plates is carried out by irradiating the surface with a laser pulse. The temporal pulse shape is described by a certain ratio depending on the density of the laser radiation energy flux, the constants b 1 and b 2 , which characterize the front and fall of the laser pulse, the laser pulse duration, the current time from the onset of exposure, the energy density and the maximum value of the laser radiation flux density impulse. The effect is achieved by forming a laser pulse, the temporary form of which is described by the relation
где q(t) – плотность мощности лазерного излучения, Вт/м2;where q (t) is the power density of the laser radiation, W / m 2 ;
τ – длительность импульса лазерного излучения, с;τ is the laser pulse duration, s;
b1 и b2 – константы, характеризующие фронт и спад лазерного импульса;b 1 and b 2 are constants characterizing the front and decay of the laser pulse;
е – основание натурального логарифма;e is the base of the natural logarithm;
t – текущее время от начала воздействия, с.t is the current time from the beginning of exposure, p.
Патент РФ № 2211753, МПК B23K 26/00, 10.09.2003.The patent of the Russian Federation № 2211753, IPC B23K 26/00, 10.09.2003.
Указанный способ позволяет минимизировать термоупругие напряжения в поглощающем слое материала пластины при воздействии лазерных импульсов длительностью менее 10-6 с, когда рассматривается динамическая задача термоупругости [Коваленко А.Ф. Экспериментальная установка для исследования влияния параметров лазерного импульса на разрушение неметаллических материалов // Приборы и техника эксперимента. – 2004, №4. – С. 119-124]. Но этот способ не работает, когда длительность лазерного импульса составляет ~ 10-2–10-6 с и необходимо рассматривать квазистатическую задачу термоупругости.This method allows to minimize thermoelastic stresses in the absorbing layer of the plate material when exposed to laser pulses of duration less than 10 -6 s, when the dynamic problem of thermoelasticity is considered [Kovalenko AF Experimental setup for studying the effect of laser pulse parameters on the destruction of nonmetallic materials // Instruments and Experimental Technique. - 2004, №4. - P. 119-124]. But this method does not work when the laser pulse duration is ~ 10 -2 –10 -6 s and it is necessary to consider the quasistatic problem of thermoelasticity.
Известен способ лазерной обработки, в частности, используемый для лазерного отжига неметаллических пластин, в котором плотность энергии на поверхности пластины определяют по соотношениюThe known method of laser processing, in particular, used for laser annealing of non-metallic plates, in which the energy density on the surface of the plate is determined by the ratio
где Wf – плотность энергии лазерного излучения, требуемая для нагрева поверхности пластины до температуры отжига;where W f is the laser energy density required to heat the plate surface to the annealing temperature;
Tf – температура отжига пластины;T f - plate annealing temperature;
T0 – начальная температура пластины;T 0 - the initial temperature of the plate;
с и ρ – удельная теплоемкость и плотность материала пластины соответственно;C and ρ are the specific heat capacity and density of the plate material, respectively;
R – коэффициент отражения материала пластины;R is the reflection coefficient of the plate material;
χ – показатель поглощения материала пластины на длине волны лазерного излучения,χ is the absorption coefficient of the material of the plate at the wavelength of the laser radiation,
и осуществляют предварительный нагрев пластины до температуры, определяемой по уравнениюand pre-heat the plate to a temperature determined by the equation
где σР – предел прочности материала пластины на растяжение;where σ P is the tensile strength of the plate material;
ν – коэффициент Пуассона материала пластины;ν — Poisson's ratio of the plate material;
h – толщина пластины;h is the plate thickness;
Е – модуль Юнга;E is Young's modulus;
αТ – коэффициент линейного расширения материала пластины;α T is the coefficient of linear expansion of the material of the plate;
е – основание натурального логарифма.e is the base of the natural logarithm.
Патент РФ № 2602402, МПК H01L 21/428, 20.11.2016.The patent of the Russian Federation № 2602402, IPC H01L 21/428, 11/20/2016.
Применение лазерного отжига приводит к релаксации остаточных напряжений в приповерхностном слое пластин, возникающих при их шлифовке и полировке абразивом, а также устраняет неоднородности структуры при напылении тонких пленок, что позволяет повысить лучевую стойкость пластин, используемых в лазерной технике.The use of laser annealing leads to the relaxation of residual stresses in the surface layer of the plates arising from their grinding and polishing with abrasive, and also eliminates the heterogeneity of the structure during the deposition of thin films, which allows to increase the radiation resistance of the plates used in laser technology.
Недостатком указанного способа является то, что он применим только при импульсном режиме воздействия, когда выполняется условиеThe disadvantage of this method is that it is applicable only when the pulse mode of exposure, when the condition
где а – коэффициент температуропроводности материала пластины;where a is the coefficient of thermal diffusivity of the material of the plate;
τи – длительность лазерного импульса.τ and is the duration of the laser pulse.
Если для отжига, например, пластины из оптической керамики КО3 применяется непрерывный СО2-лазер, то поглощение излучения в обрабатываемой пластине будет объемным. Нагрев пластины будет осуществляться посредством прямого проникновения излучения в пластину и за счет механизма теплопроводности, то есть условие (1) выполняться не будет.If a continuous CO 2 laser is used for annealing, for example, a plate made of optical ceramic KO3, the radiation absorption in the processed plate will be bulk. The plate will be heated by direct penetration of radiation into the plate and due to the mechanism of heat conduction, that is, condition (1) will not be fulfilled.
Известен также способ отжига неметаллических пластин, заключающийся в облучении их поверхности непрерывным лазерным излучением с плотностью энергии, определяемой по соотношениюThere is also known a method of annealing non-metallic plates, which consists in irradiating their surface with continuous laser radiation with an energy density determined from the ratio
где:Where:
t – время воздействия лазерного излучения.t is the time of exposure to laser radiation.
Коваленко А. Ф. Метод обоснования неразрушающих режимов лазерной обработки пластины с объемным поглощением. – Физика и химия обработки материалов. 2004. № 6. – С. 25–29. Указанный способ выбран в качестве прототипа.Kovalenko A.F. Method of substantiation of non-destructive regimes of laser processing of a plate with bulk absorption. - Physics and chemistry of material processing. 2004. № 6. - P. 25–29. This method is selected as a prototype.
Недостатком прототипа является то, что возможны такие режимы обработки, при которых плотность энергии лазерного излучения, вызывающая разрушение пластины термоупругими напряжениями, окажется меньше плотности энергии, необходимой для достижения облучаемой поверхностью пластины температуры отжига, то есть в процессе обработки возможно разрушение пластин термоупругими напряжениями.The disadvantage of the prototype is that such treatment modes are possible in which the energy density of the laser radiation causing the plate to be destroyed by thermoelastic stresses will be less than the energy density necessary to achieve the annealing temperature of the plate surface irradiated, i.e., the plate may be destroyed by thermoelastic stresses.
Техническим результатом изобретения является исключение разрушения пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов термоупругими напряжениями в процессе лазерного отжига и повышение выхода годных пластин.The technical result of the invention is the elimination of the destruction of plates from semiconductor, ceramic and glassy materials by thermoelastic stresses in the process of laser annealing and an increase in the yield of suitable plates.
Технический результат достигается тем, что в способе лазерной обработки неметаллических пластин, заключающемся в облучении их поверхности непрерывным лазерным излучением с плотностью энергии, определяемой по уравнениюThe technical result is achieved in that in the method of laser processing of nonmetallic plates, which consists in irradiating their surface with continuous laser radiation with an energy density determined by the equation
где Tf – температура отжига пластины;where T f - plate annealing temperature;
T0 – начальная температура пластины;T 0 - the initial temperature of the plate;
с и ρ – удельная теплоемкость и плотность материала пластины соответственно;C and ρ are the specific heat capacity and density of the plate material, respectively;
h – толщина пластины;h is the plate thickness;
R – коэффициент отражения материала пластины на длине волны лазерного излучения;R is the reflection coefficient of the plate material at the wavelength of the laser radiation;
χ – показатель поглощения материала пластины на длине волны лазерного излучения;χ is the absorption coefficient of the material of the plate at the wavelength of the laser radiation;
а – коэффициент температуропроводности материала пластины;a is the coefficient of thermal diffusivity of the material of the plate;
t – время воздействия лазерного излучения;t is the time of exposure to laser radiation;
n = 1, 2, 3, … ∞ - натуральное число;n = 1, 2, 3, ... ∞ is a natural number;
е – основание натурального логарифма;e is the base of the natural logarithm;
π ≈ 3,14,π ≈ 3,14,
осуществляют предварительный нагрев пластины до температуры, определяемой по уравнениюthe plate is preheated to a temperature determined by the equation
где:Where:
σР – предел прочности материала пластины на растяжение;σ P is the tensile strength of the plate material;
ν – коэффициент Пуассона материала пластины;ν — Poisson's ratio of the plate material;
Е – модуль Юнга материала пластины;E is the Young's modulus of the plate material;
αТ – коэффициент линейного расширения материала пластины.α T is the coefficient of linear expansion of the material of the plate.
Ниже приводится более подробное описание заявляемого способа лазерной обработки неметаллических пластин. Сущность способа состоит в следующем. Для предотвращения изгиба пластины при обработке ее, как правило, свободно защемляют по контуру [Коваленко А. Ф. Метод обоснования неразрушающих режимов лазерной обработки пластины с объемным поглощением. – Физика и химия обработки материалов. 2004. № 6. – С. 25–29]. Пластина полностью накрывается лазерным излучением. В этом случае температурное поле в пластине будет изменяться только по ее толщине. В свободно защемлённой по контуру пластине под действием температурного поля, изменяющегося только по толщине пластины, возникают термоупругие напряжения [Коваленко А. Д. Термоупругость. – Киев: «Вища школа», 1973. – 216 с.]:Below is a more detailed description of the proposed method of laser processing of non-metallic plates. The essence of the method is as follows. To prevent the plate from bending when it is processed, as a rule, it is freely clamped along the contour [Kovalenko A.F. Method of substantiation of non-destructive modes of laser processing of a plate with bulk absorption. - Physics and chemistry of material processing. 2004. № 6. - P. 25-29]. The plate is completely covered with laser radiation. In this case, the temperature field in the plate will vary only in its thickness. In a plate freely clamped along the contour under the action of the temperature field, which varies only in the thickness of the plate, thermoelastic stresses arise [Kovalenko A.D. Thermoelasticity. - Kiev: “Vishcha school”, 1973. - 216 p.]:
где: 
εТ – средняя по толщине пластины температура;ε T is the average temperature of the plate;
x, y, z – координаты, причем z – координата, отсчитываемая от облучаемой поверхности пластины вглубь;x, y, z are the coordinates, and z is the coordinate measured from the irradiated surface of the plate inwards;
T(z,t) – температура в точке с координатой z в момент времени t.T (z, t) is the temperature at the point with coordinate z at time t.
Анализ уравнения (2) показывает, что термоупругие напряжения в пластине являются сжимающими там, где текущая температура выше средней температуры по толщине пластины, и растягивающими – там, где текущая температура ниже средней по толщине пластины. Так как хрупкие материалы, к которым относятся полупроводниковые, керамические и стеклообразные материалы, имеют предел прочности на растяжение в 5–10 раз меньше, чем на сжатие [Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. – М.: Наука. 1986. – 512 с. – С. 75], дальнейший анализ проведем для растягивающих напряжений.Analysis of equation (2) shows that thermoelastic stresses in a plate are compressive where the current temperature is above the average temperature across the plate thickness, and tensile where the current temperature is below the average thickness of the plate. Since brittle materials, which include semiconductor, ceramic and glassy materials, have a tensile strength of 5–10 times less than compression [Feodosyev V.I. Strength of materials. - M .: Science. 1986. - 512 s. - p. 75], further analysis will be carried out for tensile stresses.
В работе [Коваленко А. Ф. Метод обоснования неразрушающих режимов лазерной обработки пластины с объемным поглощением. – Физика и химия обработки материалов. 2004. № 6. – С. 25–29] с учетом уравнений (2), (3) и уравнения для температурного поля в пластине получены уравнения для расчёта плотности энергии, вызывающей разрушение пластины термоупругими напряжениямиIn the work [Kovalenko A.F. Method of substantiation of non-destructive regimes of laser processing of a plate with bulk absorption. - Physics and chemistry of material processing. 2004. № 6. - P. 25–29], taking into account equations (2), (3) and equations for the temperature field in the plate, equations are obtained for calculating the energy density causing the plate to be destroyed by thermoelastic stresses
где:Where:
и уравнение для расчёта плотности энергии, требуемой для достижения облучаемой поверхностью пластины температуры отжигаand equation for calculating the energy density required to achieve the annealing temperature of the wafer surface
Разделив (4) на (5) и поставив условие WT/Wf≥1, получим критерий термопрочности пластины для случая объёмного поглощения лазерного излучения при непрерывном режиме воздействия:Dividing (4) by (5) and setting the condition W T / W f ≥1, we obtain the criterion of thermal resistance of the plate for the case of the volume absorption of laser radiation in the continuous mode of action:
гдеWhere
Левая часть неравенства (6) является константой, характеризующей отношение предела прочности на растяжение материала пластины, свободно защемлённой по контуру, к максимальным растягивающим напряжениям в ней при одностороннем нагреве. Правая часть неравенства является функцией двух безразмерных параметров χh и τ. Максимального значения, равного 0,35, функция f(χh,τ) достигает при χh≈5 и τ≈0,1. Если условие (6) выполняется, можно производить лазерный отжиг пластины. Если это условие не выполняется, то разрушение пластины термоупругими напряжениями произойдет при меньшей плотности энергии, чем требуется для достижения поверхностью пластины температуры отжига, и лазерный отжиг проводить в данном режиме нельзя. The left side of inequality (6) is a constant characterizing the ratio of the tensile strength of the material of the plate, which is freely clamped along the contour, to the maximum tensile stresses in it at one-sided heating. The right side of the inequality is a function of two dimensionless parameters χh and τ. The maximum value of 0.35, the function f (χh, τ) reaches when χh≈5 and τ≈0.1. If condition (6) is satisfied, laser annealing of the plate can be performed. If this condition is not fulfilled, the plate is destroyed by thermoelastic stresses at a lower energy density than is required to achieve the annealing temperature of the plate surface, and laser annealing cannot be performed in this mode.
Из неравенства (6) найдем значение начальной температуры, при которой критерий термопрочности будет выполненFrom inequality (6) we find the value of the initial temperature at which the criterion of thermal strength will be satisfied
Нагрев пластины осуществляют в муфельной печи до требуемой для выполнения критерия термопрочности температуры Т0 и выдерживают необходимое время для выравнивания температуры по толщине пластины. Время выдержки определяют из критерия Фурье , определяющего тепловую инерцию пластиныThe heating of the plate is carried out in a muffle furnace to the temperature T 0 required for meeting the criterion of thermal resistance and withstand the necessary time to equalize the temperature across the plate thickness. The exposure time is determined from the Fourier criterion, which determines the thermal inertia of the plate
где tB – время выдержки пластины при требуемой для выполнения критерия термопрочности температуре.where t B is the plate holding time at the temperature required for fulfilling the criterion of thermal strength.
После выдержки пластины в муфельной печи осуществляют воздействие на нее лазерного излучения с плотностью энергии, определяемой по уравнению (5).After holding the plate in a muffle furnace, laser radiation with an energy density determined by equation (5) is applied to it.
Пример осуществления способа обработки. Необходимо провести лазерный отжиг поверхности пластины из цветного оптического стекла ЖЗС12 толщиной 0,5 см излучением Nd:YAG-лазера, работающего в непрерывном режиме. Время воздействия излучения на пластину составляет 2 с. Показатель поглощения данной марки стекла для излучения с длиной волны 1,06 мкм составляет 10 см-1 [ГОСТ 9411 – 90. Стекло цветное оптическое. М.: Изд-во стандартов, 1992. 48 с.]. Безразмерный параметр χh = 5, безразмерный параметр τ=0,5. Начальную температуру пластины примем равной 300 К, температуру отжига – 1100 К. Расчет по уравнению (5) показывает, что для отжига пластины потребуется плотность энергии лазерного излучения 580 Дж/см2. Расчет по уравнению (4) показывает, что для разрушения термоупругими напряжениями пластины толщиной 0,5 см требуется плотность энергии 346 Дж/см2, то есть меньше, чем для отжига. Рассчитаем левую и правую части критерия термопрочности (6). Левая часть неравенства (6) составляет 0,115. Правая часть неравенства (6) при χh = 5 и τ=0,5 составляет 0,193. Видно, что критерий термопрочности не выполнен. Пластина будет разрушена термоупругими напряжениями. Чтобы этого не произошло, необходимо пластину предварительно нагреть в муфельной печи до температуры не менее 623 К и выдержать при этой температуре не менее 125 секунд для выравнивания температуры по толщине пластины. Расчеты выполнены по уравнениям (7) и (8) при следующих исходных данных [ГОСТ 9411 – 90. Стекло цветное оптическое. М.: Изд-во стандартов, 1992. 48 с., Стекло / Под ред. Н. М. Павлушина. М.: Стройиздат, 1973. 280 с.]: σР = 70 МПа, Е = 80 ГПа, ν = 0,2, αТ = 7,6·10-6 К-1, а = 6·10-3 см2/с. Примем новое значение начальной температуры Т0=630 К. Затем воздействуют на пластину лазерным излучением с плотностью энергии не более 341 Дж/см2 (плотность мощности 170,5 Вт/см2 при времени воздействия 2 с). Расчеты проведены по уравнению (4) для нового значения начальной температуры 625 К. Температура поверхности пластины при этом достигает температуры отжига, а термоупругие напряжения не превысят предела прочности материала. An example of the method of processing. It is necessary to conduct a laser annealing of the surface of a plate made of colored optical glass ZHSS12, 0.5 cm thick, with a Nd: YAG laser operating in a continuous mode. The exposure time of the radiation on the plate is 2 s. The absorption index of this brand of glass for radiation with a wavelength of 1.06 μm is 10 cm -1 [GOST 9411 - 90. Optical color glass. M .: Publishing house of standards, 1992. 48 p.]. The dimensionless parameter χh = 5, the dimensionless parameter τ = 0.5. The initial plate temperature is assumed to be 300 K, the annealing temperature is 1100 K. The calculation according to equation (5) shows that the annealing of the plate requires an energy density of laser radiation of 580 J / cm 2 . The calculation by equation (4) shows that the destruction of thermoelastic stresses of a plate 0.5 cm thick requires an energy density of 346 J / cm 2 , that is, less than for annealing. Calculate the left and right parts of the criterion of thermal strength (6). The left side of inequality (6) is 0.115. The right-hand side of inequality (6) with χh = 5 and τ = 0.5 is 0.193. It is seen that the criterion of thermal strength is not met. The plate will be destroyed by thermoelastic stresses. To prevent this, it is necessary to preheat the plate in a muffle furnace to a temperature of at least 623 K and hold it at that temperature for at least 125 seconds to equalize the temperature across the plate thickness. The calculations were performed according to equations (7) and (8) with the following initial data [GOST 9411 - 90. Optical colored glass. M .: Publishing House of Standards, 1992. 48 p., Glass / Ed. N. M. Pavlushin. M .: stroiizdat, 1973. 280 p.]: Σ P = 70 MPa, E = 80 GPa, ν = 0.2, α T = 7.6 · 10 -6 K -1 , a = 6 · 10 -3 cm 2 / s We take the new value of the initial temperature T 0 = 630 K. Then, the plate is exposed to laser radiation with an energy density of not more than 341 J / cm 2 (power density 170.5 W / cm 2 with an exposure time of 2 s). Calculations were carried out according to equation (4) for a new initial temperature of 625 K. At that, the surface temperature of the plate reaches the annealing temperature, and the thermoelastic stresses will not exceed the ultimate strength of the material.
Таким образом, реализация предложенного способа лазерной обработки неметаллических пластин приводит к исключению их разрушения термоупругими напряжениями в процессе лазерного отжига и повышению выхода годных пластин.Thus, the implementation of the proposed method of laser processing of non-metallic plates leads to the exclusion of their destruction by thermoelastic stresses in the process of laser annealing and increase the yield of suitable plates.
Claims (23)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122426A RU2685427C1 (en) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Method of laser processing of non-metallic plates |
| EA201892465A EA036002B1 (en) | 2018-06-20 | 2018-11-28 | Laser treatment method for non-metal wafers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122426A RU2685427C1 (en) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Method of laser processing of non-metallic plates |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685427C1 true RU2685427C1 (en) | 2019-04-18 |
Family
ID=66168300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018122426A RU2685427C1 (en) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Method of laser processing of non-metallic plates |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036002B1 (en) |
| RU (1) | RU2685427C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2211753C2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-09-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого | Method for working non-metallic materials |
| US8034196B2 (en) * | 2008-02-19 | 2011-10-11 | Nippon Steel Corporation | Low core loss grain-oriented electrical steel plate and method of manufacturing the same |
| RU2573181C1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Laser processing of non-metallic plates |
| US9302348B2 (en) * | 2011-06-07 | 2016-04-05 | Ultratech Inc. | Ultrafast laser annealing with reduced pattern density effects in integrated circuit fabrication |
| RU2583870C1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Laser processing of nonmetallic plates |
| RU2602402C1 (en) * | 2015-08-14 | 2016-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of laser processing of nonmetallic plates |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4825459B2 (en) * | 2005-06-28 | 2011-11-30 | 株式会社東芝 | Heat treatment apparatus, heat treatment method, and semiconductor device manufacturing method |
| US20100068898A1 (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-18 | Stephen Moffatt | Managing thermal budget in annealing of substrates |
| CN203900744U (en) * | 2014-06-20 | 2014-10-29 | 上海和辉光电有限公司 | Laser annealing equipment |
| RU2633860C1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-10-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of laser annealing of non-metallic materials |
-
2018
- 2018-06-20 RU RU2018122426A patent/RU2685427C1/en active
- 2018-11-28 EA EA201892465A patent/EA036002B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2211753C2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-09-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого | Method for working non-metallic materials |
| US8034196B2 (en) * | 2008-02-19 | 2011-10-11 | Nippon Steel Corporation | Low core loss grain-oriented electrical steel plate and method of manufacturing the same |
| US9302348B2 (en) * | 2011-06-07 | 2016-04-05 | Ultratech Inc. | Ultrafast laser annealing with reduced pattern density effects in integrated circuit fabrication |
| RU2573181C1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Laser processing of non-metallic plates |
| RU2583870C1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-05-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Laser processing of nonmetallic plates |
| RU2602402C1 (en) * | 2015-08-14 | 2016-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of laser processing of nonmetallic plates |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Коваленко А.Ф., "Метод обоснования неразрушающих режимов лазерной обработки пластины с объемным поглощением", Физика и химия обработки материалов, 2004, номер 6, с. 25-29. * |
| КОВАЛЕНКО А.Ф., ВОРОБЬЕВ А.А., "МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАЗРУШАЮЩИХ РЕЖИМОВ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОТЖИГА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН", ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ, номер 3, 2014, с.206-210. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201892465A1 (en) | 2019-12-30 |
| EA036002B1 (en) | 2020-09-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2602402C1 (en) | Method of laser processing of nonmetallic plates | |
| RU2583870C1 (en) | Laser processing of nonmetallic plates | |
| RU2573181C1 (en) | Laser processing of non-metallic plates | |
| RU2630197C1 (en) | Method for laser annealing of non-metallic plates | |
| RU2685427C1 (en) | Method of laser processing of non-metallic plates | |
| Xiao et al. | Thermal studies of three-dimensional printing using pulsed laser heating | |
| RU2486628C1 (en) | Method of processing nonmetallic materials | |
| RU2649054C1 (en) | Method of laser processing of nonmetallic plates | |
| RU2624989C1 (en) | Method of laser processing of non-metallic plates | |
| Lunney et al. | Time-resolved X-ray diffraction from silicon during pulsed laser annealing | |
| RU2760764C1 (en) | Method for laser processing of non-metallic plates | |
| RU2633860C1 (en) | Method of laser annealing of non-metallic materials | |
| RU2624998C1 (en) | Method of laser processing non-metallic plates | |
| RU2692004C1 (en) | Method for laser annealing of nonmetallic materials | |
| RU2757537C1 (en) | Method for laser annealing of non-metallic plates | |
| RU2691923C1 (en) | Method of laser processing of non-metallic plates | |
| Kovalenko et al. | Method of determining nondestructive pulsed laser annealing modes for dielectric and semiconductor wafers | |
| RU2646177C1 (en) | Method of laser processing of nonmetallic materials | |
| RU2649238C1 (en) | Method of laser processing of nonmetallic plates | |
| Arakcheev et al. | Status of dynamic diagnostics of plasma material interaction based on synchrotron radiation scattering at the VEPP-4 beamline 8 | |
| Maniks et al. | Shear banding mechanism of plastic deformation in LiF irradiated with swift heavy ions | |
| RU2695440C1 (en) | Method of laser processing of non-metallic materials | |
| RU2574327C1 (en) | Method for laser treatment of non-metallic materials | |
| Kovalenko | Nondestructive regimes of laser pulse annealing of glass and ceramic plates | |
| Kruer et al. | Optical radiation damage of SBN materials and pyroelectric detectors at 10.6 μm |