Физико-технологические основы лазерной обработки систем пленка-подложка

• Автор: Шахно, Елена Аркадьевна
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 291 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Формирование топологии пленочных элементов

1.1. Термические искажения пленочной топологии.

1.1.1. Термические искажения размеров и формы изображения

1.1.2. Термические искажения элементов малых размеров

1.1.3. Уменьшение термических искажений изображения перераспределением интенсивности излучения на поверхности пленки

1.1.3.1. Уменьшение термических искажений формы изображения

1.1.3.2. Уменьшение термических искажений размеров изображения.

1.2. Влияние особенностей процессов регистрации изображения на точность формирования пленочной топологии
1.2.1. Влияние энергетических затрат на активацию физикохимических процессов в пленке на точность формирования пленочной топологии
1.2.2. Влияние температурных зависимостей скоростей активируемых в пленке физикохимических процессов на точность формирования пленочной топологии
1.3. Гидродинамические искажения изображения на пленке.
1.3.1. Движение расплава пленки под действием сил поверхностного натяжения
1.3.2. Затвердевание расплава пленки.
1.3.3. Вытеснение расплава за пределы облученной области.
1.4. Разрешающая способность лазерной обработки пленок.
1.4.1. Разрешающая способность неразрушающих методов лазерной обработки пленок.
1.4.2. Разрешающая способность лазерной обработки при локальном удалении вещества пленки
1.5. Толщина прогретого слоя подложки.
1.6. Выводы.
Глава 2. Локальный лазерный перенос пленок
2.1. Доиспарительное удаление пленки с донорной подложки
2.1.1. Анализ физических механизмов доиспарительного отрыва пленки
2.1.2. Отрыв пленки при газификации донорной подложки.
2.2. Прямой локальный лазерный перенос пленки в режиме мягкого испарения
2.2.1. Физическая модель процесса и основные закономерности.
2.2.2. Гидродинамические явления, сопровождающие процесс локального лазерного переноса пленок.
2.2.3. Газодинамические явления, сопровождающие процесс локального лазерного переноса пленок.
2.2.4. Влияние шероховатости поверхности донорной подложки на качество лазерного осаждения
2.3. Обратный перенос пленок и его особенности.
2.4. Комбинированный перенос пленок
2.5. Применения локального лазерного переноса пленок.
2.5.1. Подгонка электрических параметров пленочных элементов.
2.5.2. Корректировка фотошаблонов и восстановление пленочных микросхем
2.5.3. Формирование топологии элементов микросхем.
2.5.4. Нанесение декоративных рисунков.
2.5.5. Оптическая запись информации
2.6. Выводы.
Глава 3. Лазерная очистка поверхности подложки.
3.1. Сухая лазерная очистка.
3.1.1. Силы, вызывающие отрыв частицы от поверхности.
3.1.2. Условие очистки поверхности.
3.1.2.1. Очистка поверхности при расширении поглощающей частицы иили поглощающей подложки
3.1.2.2. Очистка поверхности при расширении прозрачной частицы.
3.1.3. Сухая очистка поверхности в многоимпульсном режиме
3.2. Влажная лазерная очистка
3.2.1. Поглощающие частицы на прозрачной подложке
3.2.2. Прозрачные частицы на поглощающей подложке
3.2.2.1. Температурное поле жидкой пленки
3.2.2.2. Максимальный и минимальный размеры устойчивого пузырька.
3.2.2.3. Пороговое значение температуры поверхности подложки.
3.2.3. Поглощающие частицы на поглощающей подложке.
3.3. Очистка твердой поверхности от пленок.
3.3.1. Удаление пленки с поверхности подложки при ее радиальном тепловом расширении.
3.3.1.1. Абляция пленки в отсутствие влияния плавления.
3.3.1.2. Движение плавящейся пленки под действием сжимающих напряжений
3.3.1.3. Абляция твердой пленки в многоимпульсном режиме.
3.3.2. Определение преобладающего физического механизма удаления пленки
3.4. Выводы
Глава 4. Управление шероховатостью поверхности.
4.1. Неравномерность фронта разрушения поверхности пленки при ее лазерной обработке
4.1.1. Температурное поле пленки, формирующееся при действии лазерного излучения с неравномерным распределением энергии по сечению пучка.
4.1.2. Развитие неравномерного фронта разрушения пленки.
4.1.2.1. Механизмы образования неравномерного фронта разрушения пленки.
4.1.2.2. Закономерности развития неравномерного фронта разрушения пленки при действии испарительного механизма
4.1.2.3. Закономерности развития неравномерного фронта разрушения пленки при действии гидродинамического механизма
4.1.3. Изменение микрорельефа поверхности пленки после окончания импульса излучения
4.2. Изменение микрорельефа поверхности стекла под действием лазерного
излучения
4.2.1. Сглаживание шероховатой поверхности стекла под действием лазерного излучения
4.2.2. Анализ процесса образования волнистости поверхности стекла при действии сканирующего лазерного излучения
4.2.2.1. Условия режима стационарного течения.
4.2.2.2. Облученная область термически малого размера.
4.2.2.3. Облученная область больших размеров
4.2.3. Режимы лазерной полировки без образования волнистости
4.3. Управление крупномасштабной шероховатостью поверхности.
4.4. Выводы.
Заключение
Литература


Эффективность разогрева поверхности в этом случае снижается, а размер переходного слоя температурного поля увеличивается относительно классического теплофизического рассмотрения. Это объясняется тем, что при больших скоростях движения высокоэнергетичных электронов они перемещаются на значительное расстояние от места поглощения излучения, что приводит к размыванию температурного поля . Поэтому для формирования пленочной топологии обычно используют более длинные импульсы наносекундного диапазона. В этом случае можно говорить об установлении в облучаемом металле единой температуры через промежуток времени о9 с, и рассматривать дальнейшее нагревание в соответствии с классической теорией теплопроводности. Если толщина пленки Ь меньше расстояния, на котором электрон отдает свою избыточную энергию, . I мкм . Для металлических пленок толщиной к КГ м распределение тепловых источников по толщине пленки близко к равномерному 9. В полупроводниках поглощение излучения в начале действия импульса определяется связанными электронами, т. Однако действие лазерного излучения приводит к внутреннему фотоэффекту, и по мере увеличения концентрации носителей в зоне проводимости увеличивается поглощение излучения свободными электронами . В результате за время 4 с при плотности мощности излучения г 6 Втсм2 происходит металлизация полупроводника 8. Поглощение излучения в непрозрачных диэлектриках может иметь различные физические механизмы, преимущественно это примесное поглощение, молекулярное поглощение, поглощение на дефектах и включениях, приводящее в процессе нагревания к собственному поглощению 8. Поглощение излучения в веществе приводит к его нагреванию, которое для импульсов наносекундного диапазона может быть рассмотрено в рамках классической теории теплопроводности. Поэтому последующее изложение за небольшими исключениями справедливо для поглощающих пленок любых материалов. На практике чаще всего используются металлические пленки на прозрачных диэлектрических подложках, и приведенные ниже количественные характеристики будут относиться преимущественно к ним, что нс снижает общности полученных результатов. Особенность нагревания тонких пленок на подложках заключается в том, что они представляют собой двухкомпонентные системы. Часть энергии излучения, поглощенная пленкой, переходит в подложку. При этом уменьшается эффективность нагрева пленки и появляется возможность разрушения растрескивания подложки или возникновения в ней нежелательных фазовых или структурных изменений. Значения температуры пленки 1. Температура пленки также может быть определена из приближенного соотношения , полученного из энергетических соображений
Т
т
1. Выражения 16 получены при допущении, что оптические и тсплофизические свойства материалов пленки и подложки не зависят от температуры. В действительности наибольшее влияние на динамику нагрева пленки могут оказать температурные зависимости поглощательной способности пленки и теплопроводности пленки и подложки. В частности, при линейной зависимости поглощательной способности пленки от температуры, изменение температуры пленки во времени имеет экспоненциальный характер 9. Вместе с тем, экспериментальные исследования показали, что во многих случаях эффектом ускорения темпа нагрева можно пренебречь. Н.Н. Рыкалиным приведенный коэффициент теплопроводности, равный отношению теплопроводности обрабатываемого материала к его поглощательной способности если его величина в рассматриваемом диапазоне температур изменяется незначительно, то температурные зависимости свойств обрабатываемого материала можно не учитывать. В технологиях формирования топологии пленочных элементов принципиально важным является не только значение температуры пленки, но и характер пространственного распределения температуры пленки в зависимости от конфигурации облученной области на ее поверхности. Решения подобных задач получены для простейших форм облученной области при равномерном распределении интенсивности в пренебрежении теплоотводом в подложку температура в центре и вблизи краев облученной области в виде круга , , распределение температуры в пленке при тепловом источнике в виде отдельной полосы и серии полос .