Лазерный мир

Гамкрелидзе Сергей Анатольевич, Мальцев Петр Павлович  // RU 2 731 167 C1

Изобретение относится к лазерным методам резки пластин на кристаллы и может быть использовано в микроэлектронной промышленности для фрагментирования сапфировых и других подложек с изготовленными на них приборами без «выброса» и переосаждения материала подложки 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 [1-5].

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 другим лазером, 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 СО₂-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 SF_x, где х=1÷5, которые могут осаждаться (особенно сера) на приборах и стенках реакционной камеры.

Известен способ травления соединений А₃В₅ в смеси NF₃ или SF₆ с Н₂, 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°С. Такое локальное термическое воздействие неизбежно приводит к возникновению механических напряжений, «разрядка» которых непредсказуема при эксплуатации приборов.

Известно изобретение [11] в котором помимо способа травления материалов во фторидных радикалах рассмотрена и схема установки для лазерной стимуляции и диссоциации 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.

Известно изобретение [12], принятое за прототип, в котором лазерная резка алмазных подложек, предусматривает фокусировку лазерного излучения на обрабатываемой поверхности в газовой смеси содержащей соединения фтора химические реакции инициируются не только за счет термических процессов диссоциации газовых компонент, но и образования плазмы в газовой среде чистого фтора (F2) или чистого фтористого водорода (HF) при давлении от 760 Торр (атмосферного) до 1*10^-2 Торр.

Недостатками метода является то, что используется лазер на парах меди с длинами волн 510,6 нм и 578,2 нм которые далеки от оптимальных для процессов возбуждения плазмы применительно к травлению сапфира, кроме того, фториды алюминия не летучие, что должно быть для плазмохимических процессов.

Техническим результатом данного изобретения является возможность прецизионного фрагментирования пластин сапфира без «выброса» (грата) материала подложек на сформированные приборы, стенки и окна технологической камеры.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве газов используется водород (Н₂) или смесь водорода (Н₂) с хлористым водородом (HCl) (Н₂+HCl) или смесь хлористого водорода с аргоном (HCl+Ar) или смесь водорода (Н₂) с хлористым водородом (HCl) и аргоном (Ar) (Н₂+Ar+HCl) и лазер (лазеры) с длинами волн 266 нм и 355 нм, т.е. в ультрафиолетовом диапазоне, с пикосекундными импульсами при рабочем давлении от 760 Торр (атмосферного) до 1*10^-3 Торр. Фокусируя лазерные пучки с указанными длинами волн получаются рабочие «пятна» от 5 мкм до 10 мкм (определяется качеством линзы объектива и его фокусным расстоянием, расходимостью лазерного пучка и пр.).

Установка, на которой проводились процессы идентична установке, описанной в прототипе, за исключением лазера (использовался лазер УФ диапазона вместо видимого).

Полное содержание: https://patenton.ru/patent/RU2731167C1