准分子激光直接刻蚀单晶硅研究
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Keywords :black silico n mater ial;w et etching ;surface mor pho log y;optical absor ptivity 收稿日期:2011-04-29 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61021061);电子薄膜 与集成器件国家重点实验室开放资助基金(KFJJ200806) 0 引 言 黑硅(black silicon)[1]作为兴起的一种新型硅材料,以其在可见光与近红外波段有极高的光吸收率[2],使其对光线十分敏感,它的光敏感度可以达到传统硅材料的100~500倍。在正常情况下,一个光子只能产生一个电子,而在黑硅这种材料中,由于它具备光电导增益效果[3],可以由一个光子产生多个电子,从而使电流增大到200~300倍,使其在微光探测方面的性能较一般材料有着飞跃般的进步,并且黑硅的制造工艺可以较容易地嵌入到目前的半导体工艺中,使其在照相机、夜视仪等光电探测[4]方面有着广阔的应用前景。目前国际上其通用的制备方式主要有两种:飞秒激光器刻蚀和深反应离子刻蚀(DRIE)。其中,飞秒激光器刻蚀 [5] 是 SF 6环境下,利用飞秒激光器产生的超短脉冲激光对硅片表面进行辐照,其激光脉冲的高能在与硅片表面作用的同时,在表面附近积聚大量能量,能瞬间使背景气体 SF 6分解出游离的F -离子,并与表面汽化的Si 原子生成易挥发的SiF 2和SiF 4,使硅片表面不断被刻蚀,最终形成准规则排列的微米量级尖锥结构。这样改造后的硅表面具有极高的光吸收率,而反应离子刻蚀(RIE)[6]的原理是利用一定压强下的刻蚀气体在高频电场的作用下,通过气体辉光发电产生等离子体(其中包含了大量的分子游离基团),通过电场加速活性基团对被刻蚀物体进行离子轰击和化学反应,生成挥发性气体,反应产物在低压真空腔中被抽走来实现对材料的刻蚀,最终在硅片表面得到与飞秒激光器刻蚀相似的微结构,从而制备所说的黑硅。目前这两种方式都比较成熟,都能得到稳定的结果,但是这两种方式对反应条件要求苛刻,实验设备成本高昂,不利于大规模生产。 本文采用两种湿法刻蚀相结合的方法制备黑硅材料。先利用Si 3N 4充当掩膜层,用光刻的方式在硅片表面形成图案,然后通过KOH 溶液对其进行刻蚀,在硅 SD-20A 光纤激光打标机 使用说明书安装、使用产品前请阅读使用说明 感谢您使用珊达科技公司光纤激光打标机! 请在使用光纤激光打标机前仔阅读此说明书! 第一章概述 1.1光纤激光打标机简介 激光打标机是利用激光束在各种物质表面打印上永久的标记。 激光打标机的效应主要是： 1、通过激光光能对目标物质表层的蒸发而露出物质深层； 2、通过激光光能导致表层物质的化学物理变化而"刻"出所需图案文字； 3、通过激光光能烧掉部分物质，从而显出所需刻蚀的图案、文字。 光纤激光打标机主要由：光纤激光器、振镜（打标头）、软件控制板卡、工控电脑、机箱机柜、放工件的水平台等组成。 1.2光纤激光打标机工作原理 是利用光纤激光器产生激光并用光纤导出激光然后配合光学高速扫描振镜进行工件标记的，其核心部件为光纤激光器。 光纤激光器采用掺稀土元素的光纤作为增益介质。由于光纤激光器中光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”。因此，当适当加入正反馈回路构成谐振腔便可形成激光振荡。另外由于光纤基质具有很宽的荧光谱，因此，光纤激光器一般都做成可调谐的（既其波长在一定围可以调节），在打标时可以标记出几种颜色（对应材质）。 1.3特点如下： 1.SD-20A光纤激光打标机采用光纤激光器，寿命可达10万小时，性能优越世界排名靠前。 光束质量高，为基模（TEM00）输出，聚焦光斑直径不到20um。发散角是半导体泵浦激光器的1/4。单线条更细，特别适用于精细、精密打标。 2.体积小，耗电量小，整机耗电不到500W；置风冷冷却方式，抛弃了笨重的水冷机组，占地面积更小，安装更简便，真正做到了节能和便携。 3.电光转换效率高，简单易用，无须光学调整或维护，结构紧凑，系统集成度高，故障少。 4.无需进行任何维护，使用寿命长，适用于恶劣环境工作。 5.加工速度快，是传统打标机的2-3倍，光学扫描振镜，激光重复频率高，高速无畸变。 激光光散射技术及其应用 Laser Light Scattering System Technology and Application BROOKHA VEN INSTRUMENTS CORPORATION (BEIJING OFFICE) 地址：北京市海淀区牡丹园北里甲1号中鑫嘉园东座A105室美国布鲁克海文公司公司北京技术服务中心 邮编：100083 电话：8610-62081909 传真：8610-6208189 激光光散射技术和应用 近年来，光电子和计算机技术的飞速发展使得激光光散射已经成为高分子体系和胶体科学研究中的一种常规的测试手段。现代的激光光散射包括静态和动态两个部分。在静态光散射中，通过测定平均散射光强的角度和浓度的依赖性，可以得到高聚物的重均分子量M w，均方根回旋半径R g和第二维利系数A2；在动态光散射中，利用快速数字相关器记录散射光强随时间的涨落，即时间相关函数，可得到散射光的特性弛豫时间τ，进而求得平动扩散系数D和与之对应的流体力学半径R h。在使用过程中，静态和动态光散射有机地结合可被用来研究高分子以及胶体粒子在溶液中的许多涉及到质量和流体力学体积变化的 过程，如聚集和分散、结晶和溶解、吸附和解吸、高分子链的伸展和卷缩以及蛋白质长链的折叠，并可得到许多独特的分子量参数。 一、光散射发展简史： Tynadall effect（1820-1893） 1869年，Tyndall研究了自然光通过溶胶颗粒时的散射，注意到散射光呈淡淡的蓝 色，并且发现如果入射光是偏振的，这散射光也是偏振的。Tyndall由此提出了19 世纪气象学的两大谜题：为什么天空是蓝色的？为什么来自天空的散射光是相当偏 振的？ James Clerk Maxwell (1833-1879) 解释了光是一种电磁波，并正确地计算出光的速度。 Lord Rayleigh(1842-1919) 1881年，Rayleigh应用Maxwell的电磁场理论推导出，在无吸收、无相互作用条件下，光学各向同性的小粒子的散射光强与波长的四次方成反比。并解释了蓝天是太阳光穿透大气层所产生的散射现象。 Abert Einstein(1879-1955) 研究了液体的光散射现象。 Chandrasekhara V.Raman (1888-1970) 1928年，印度籍科学家Raman提出了Raman 效应（也称拉曼散射），即光波在被散射后频率发生变化的现象。 Peter Debye（1884-1966） 延续了 Einstein的理论，描述了分子溶解于溶剂中所产生的光散射现象，提出用Debye plot 。1944 年，Debye利用散射光强测得稀溶液中高分子的重均分子量。 Peter Debye Lord Rayleigh Tyndall effect 激光技术及其在现代通讯技术中的应用 姓名：杨春有学号：20141060138 学院：信息学院专业：通信工程（国防） 摘要20世纪以来，激光是继原子能、计算机、半导体之后的又一重大科技发明。在有充分的理论准备和生产实践需要的背景下，激光技术应运而生。它一问世就获得了异乎寻常的快速发展。激光在现代通信领域有着广泛的应用。它在扩大通信容量，缓和通信频段拥挤，提高安全等方面都发挥着极为重要的作用。 关键词：激光通信技术现代通讯激光通信光子晶体能量衰减 引言 事实上，1916 年激光的原理被著名的物理学家爱因斯坦发现之后一直没有研制成功，原因在于科学实验所需要的器材没有现在发达，一直到1958 年激光才被首次成功制造。激光是计入20世纪，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，它的亮度非常之高，大约为太阳光的100亿倍。因此激光一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，也正是因为这个原因，历史悠久的光学科学和光学技术体会了新生的快乐，更重要的是导致整个一门新兴产业——激光产业——的诞生。 一激光通信的发展阶段 激光通信经历了大气通信和光波导（光纤）通信两个重要的发展阶段。CO2气体激光器是比较符合要求的早期通信用光源，其输出激光波长为10.6μm，在大气通行当中，信道传输的低损耗窗口要求的标准波长是10.6μm。早期的激光大气通信所用光源还包括YAG固体激光器、He-Ne气体激光器等等。其中的早期激光大气通信曾经掀起了全球性的研究浪潮，大量的人力、财力和物力在这个阶段投入了进去，对激光大气通信进行了广泛的研究开发。但是这项研究只有少数的经济和技术力量雄厚的发达国家才能够承担得起。光纤波导通信技术大约与激光大气通信技术的研究工作同步展开，从而在技术上形成了激光无线通信和激光有线通信两种通信方式，这两种通信技术与传统通信技术大不相同。 腔面发射激光器（VCSEL）列阵光接受发射模块的处理能力不仅速度高而且容量特别大。微电子电路的多功能的逻辑控制、具有高强度并行操作功能的电子集成器件的优越性、光本身的高速传输能力、超高规模集成技术的优越性在垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵光接受发射模块当中得到了完美的体现。现代通信技术研究中，在激光通信领域，最引人瞩目的就要属垂直腔面发射激光器(VCSEL)了。包括制造成本很低、易 紫外激光的刻蚀应用 摘要：文章介绍了紫外激光的产生机理，以及紫外激光加工的特点和优势，举例说明了紫外激光刻蚀的应用及优势。 关键词：紫外；激光；刻蚀 随着对小型电子产品和微电子元器件需求的日益增长，紫外激光是加工微电子元器件中被普遍使用的塑料和金属等材料的理想工具。固态激光器最新技术推动了新一代结构紧凑、全固态紫外激光器的发展，从而使之成为这个领域中更经济有效的加工手段。 1、 紫外激光的产生[1-2] 355nm 紫外激光由 1064nm Nd ∶ YAG 激光的三次谐波获得 ,具体技术途径是用二次谐波晶体腔内倍频1064nm 基波产生 532nm 二次谐波, 基波和谐波再经三次谐波晶体腔内混频产生 355nm 三次谐波。 1、1简单理论 三次谐波的产生分为两个部分，在第一个晶体中，部分 1064nm 基波辐射转换为二次谐波(532nm)；接着，在第二个晶体中，未转换的基波辐射与二次谐波和频产生三次谐波。在非线性晶体中混频的方程式为： *1132111exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=--??- *2231221exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=--??- *3312331exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=-??- 此处的 E j 项为以频率 ωj 在 z 方向上传播的波的综合电矢，ω3=ω1+ω2，波 j 的电场是 E j exp(i ωj t-ik j z)的实数部分，相位失配?k =k 3-(k 1+k 2)正比于相位匹配方向上光路的偏离量?θ，γ1 项为吸收系数。对于三倍频，有 ω2=2ω1，ω3=3ω1，K 2≈2K 1，K 3≈3K 1。为了提高倍频效率及和频光的功率输出，我们要尽量满足位相匹配条件：?k =0。令参量 S 为三倍频晶体中二次谐波功率与总功率之比： 22/()S P P P ωωω=+ 如果以 ω 和 2ω 输入的光子匹配为 1:1，则有 P ω+P2ω 及 S=0.67，理论上在小信号近似情况下，输入光束都能转换为三次谐波。 1、2实验装置 实验装置如图 1 所示。Nd:YVO4 晶体采用 a 轴切割，掺钕浓度为1%，尺寸为3mm ×3mm ×2mm ，一面镀1064nm/532nm 双波长高反膜作为输入镜，另一面镀 808nm 增透膜。输出镜 M 曲率半径为 100mm ，凹面镀 1064nm/532nm 高反膜及 355nm 增透膜，平面镀355nm 高透膜。 用湿法刻蚀的方法在硅片上做连续V型槽 图l 硅片v型槽示意图 图中V型槽的两个斜面为(111)晶面，底面为(100)晶面。由晶体结构学原理可以知道，(111)晶面与(100)晶面的夹角为54．74°。在（100）硅片上，沿着（110）方向腐蚀时可以暴露出倾角为54.74°的（111）面，从而形成V型槽结构。由于硅片的腐蚀存在备向异性，硅(111)晶面的腐蚀速度远小于(100)面的。因此，只要选择适当的腐蚀温度和时间，就能得到如图1所示的硅片V型槽。将硅单晶体按（100）方向切成所需大小的硅片。通过氧化、光刻、腐蚀，即可制作出合格的硅片V型槽。 1氧化 硅片经抛光表面、清洗后，在1130℃下，先通湿氧氧化2.5 h，再通干氧氧化l h，在其表面就氧化出一层厚度大约为1μm、均匀致密的氧化层，该氧化层作为腐蚀硅的掩模层。 2光刻 采用双层掩模法，即在氧化硅表面蒸发上一层铬、金，厚度分别为50 nm、80 nm。因为铬、金腐蚀时间较短，光刻胶的抗腐蚀性已足够。这样，用光刻胶作掩模先腐蚀铬、金，再用铬、金作掩模腐蚀SiO2。SiO2腐蚀液配为HF：NH4F：H20=1：2：3，腐蚀时间约10 min。这种双层掩模光刻法腐蚀出的SiO2层图形边缘平整、无锯齿。最后去胶，将SiO2层残留的铬、金完全腐蚀掉。整个光刻过程如图2所示。 图2 湿法刻蚀流程示意图 3硅腐蚀 将已定域腐蚀SiO2层的硅片放入已配好的硅腐蚀液中，硅腐蚀液的配方为氢氧化钾：异丙醇：水=1：2：2。在78℃下腐蚀。由于硅的腐蚀存在各向异性，经一定的腐蚀时间，大约80 min 即可得到要求的V型槽。另外，为防止V型槽底部出现“小岛”，在腐蚀过程中，需要一定的搅拌。 激光对射技术原理及应用分析 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统。 不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其“踪影”。 同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。 众所周知,安全防范技术现在的发展方向是将视频监控、周界报警、入侵探测、门禁控制等独立的安防子系统集成整合,形成一个多功能、全天候、动态的综合安全管理系统。 而周界报警作为安防系统的第一道防线,作用十分重要,已从过去被动的报警探测,发展为今天的威慑阻挡加报警。 且随着安防技术的发展和安防市场的成熟,以及政策法规的进一步完善,数字化、集成化、网络化将是它发展的必然趋势。 周界报警系统是在防护的边界利用如泄漏、激光、电子围栏等技术形成一道或可见或不可见的“防护墙”。 当有越墙行为发生时,相应防区的探测器即会发出报警信号,并送至控制中心的报警控制主机,发出声光警示的同时显示报警位置。 还可联动周界模拟电子屏,甚至联动摄像监控系统、门禁系统、强电照明系统等。 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统,不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其 “踪影”,同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。 本文将对激光对射、张力式电子围栏、泄漏电缆、振动电缆四种最常用的周界防范技术进行分析,借此一窥周界防范报警系统技术的发展踪迹。 激光对射工作原理 三安古德激光对射探测器由收、发两部分组成。 激光发射器向安装在几米甚至于几百米远的接收器发射激光线,其射束有单束、双束,甚至多束。 当相应的三安古德激光射束被遮断时,接收器即发出报警信号。 接收器由光学透镜、激光光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。 其工作原理是接收器能收到激光射束为正常状态,而当发生入侵时,发射器发射的激光射束被遮挡,即光电管接收不到激光光。 从而输出相应的报警电信号,并经整形放大后输出开关量报警信号。该报警信号可被报警控制器接收,并去联动执行机构启动其它的报警设备,如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。系统组成 激光周界防越报警系统通常由前端探测系统、现场报警系统、传输系统、中心控制系统、联动系统以及电源系统六部分组成。 1、前端探测系统由激光探测器及其相关附件组成,其对周界围墙或护栏进行防护,检测周界入侵行为,并输出报警信号。 2、现场报警系统由现场报警器及联动装置组成,在探测器检测到入侵行为时,即启动现场报警设备,对非法入侵行为进行威慑。 紫外激光的刻蚀应用 摘要：文章介绍了紫外激光的产生机理，以及紫外激光加工的特点和优势，举例说明了紫外激光刻蚀的应用及优势。 关键词：紫外；激光；刻蚀 随着对小型电子产品和微电子元器件需求的日益增长，紫外激光是加工微电子元器件中被普遍使用的塑料和金属等材料的理想工具。固态激光器最新技术推动了新一代结构紧凑、全固态紫外激光器的发展，从而使之成为这个领域中更经济有效的加工手段。 1、 紫外激光的产生[1-2] 355nm 紫外激光由 1064nm Nd ∶ YAG 激光的三次谐波获得 ,具体技术途径是用二次谐波晶体腔内倍频1064nm 基波产生 532nm 二次谐波,基波和谐波再经三次谐波晶体腔内混频产生 355nm 三次谐波。 1、1简单理论 三次谐波的产生分为两个部分，在第一个晶体中，部分 1064nm 基波辐射转换为二次谐波(532nm)；接着，在第二个晶体中，未转换的基波辐射与二次谐波和频产生三次谐波。在非线性晶体中混频的方程式为： *1132111exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=--??- *2231221exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=--??- *3312331exp()2 dE jK E E j k z E dz γ=-??- 此处的 E j 项为以频率 ωj 在 z 方向上传播的波的综合电矢，ω3=ω1+ω2，波 j 的电场是 E j exp(i ωj t-ik j z)的实数部分，相位失配?k =k 3-(k 1+k 2)正比于相位匹配方向上光路的偏离量?θ，γ1项为吸收系数。对于三倍频，有 ω2=2ω1，ω3=3ω1，K 2≈2K 1，K 3≈3K 1。为了提高倍频效率及和频光的功率输出，我们要尽量满足位相匹配条件：?k =0。令参量 S 为三倍频晶体中二次谐波功率与总功率之比： 22/()S P P P ωωω=+ 如果以 ω 和 2ω 输入的光子匹配为 1:1，则有 P ω+P2ω 及 S=0.67，理论上在小信号近似情况下，输入光束都能转换为三次谐波。 1、2实验装置 实验装置如图 1 所示。Nd:YVO4 晶体采用 a 轴切割，掺钕浓度为1%，尺寸为3mm ×3mm ×2mm ，一面镀1064nm/532nm 双波长高反膜作为输入镜，另一面镀 808nm 增透膜。输出镜 M 曲率半径为 100mm ，凹面镀 1064nm/532nm 高反膜及 355nm 增透膜，平面镀355nm 高透膜。 激光切割机软件使用说 明 (图文笔记版) 一、总体功能概述 ⑴操作软件的三大版块: 图一、ByVision主菜单操作界面。图二、HANDLING-OPERATION操作界面 图三、LaserView操作界面 ⑵控制按键的两个部分：图一、操控手柄。 图二、屏幕右侧按键。 停止自动操作如自动交换工作台 释放切割头 二、激光切割机每个版块的具体功能介绍 ⑴ByVision（用户名：CH 密码：1） ①“MAIN（F5）”主菜单：其中包括“管理员”、“视图”、“诊断”、“清屏”、 “信息”、“关闭”。 “管理员”、“视图”：已设置好，一般无需改动。一般级别无法修改的。“诊断”：用于显示机床的通讯状态，绿灯通讯为正常，红灯通讯中断或未建立通讯或没有该硬件（如Byloder）。前两个灯为绿，后一个灯为红，此时为正常。具体的机型不同而有异。 “清屏”：点击后屏幕为白色，此时触摸功能关闭，就可用布来擦拭屏幕。 登录/注销：用于不同级别的用户进入系统，权限不一样的。 详细内容：当提示框出现提示内容的时候，由于显示的内容有限，当出现”……”的提示时可以在详细内容中看见全部的报警和故障。可以用该菜单中的RESET 键进行复位等操作。 信息：关于该机器的全部软件的版本。 关闭：内有可选择的关闭对话框。一般用关闭Byvision项目。 语言选择：根据国旗代表不同的语言。一般英语的故障解释比较确切。 有故障时候尽量用英语将信息记录下来，便于准确判断。 ②“HAND（F6）”手动菜单：其中包括“设置参数机床”、“参数”、“手动功 能”、“特殊功能”“CNC”、“SERV”、“STOP PART”、“STOP WORK”。 硅刻蚀技术简介 在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。 湿法刻蚀即利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。因为湿法刻蚀是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿法刻蚀过程为等向性。湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。 湿法刻蚀之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水；2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题；3) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。 基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。 1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理 干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的离子和电子，对硅片进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除我们需要去除的区域。被刻蚀的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，最后按照设计图形要求刻蚀出我们需要实现的深度。 干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。 刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。对于化学反应性刻蚀则是产生化学活性极强的原(分)子团，此原(分)子团扩散至待刻蚀物质的表面，并与待刻蚀物质反应产生挥发性的反应生成物（各向同性），并被真空设备抽离反应腔。 2、硅刻蚀工艺的要求 感谢您购买本公司产品,请您在使用设备之前,详细 阅读本说明书. 1、简介 激光打标是利用激光的高能量作用于工件表面，使工件表面达到瞬间气化，并按预定的轨迹，刻写出具有一定深度的文字、图案。 HGL—LSY50型系列激光打标机是利用波长为1064nm的固体YAG激光，通过控制振镜的偏转来达到标刻的目的。 激光振镜打标具有标记速度快、连续工作稳定性好、软件功能强、定位精度和重复精度高等优点，广泛应用于集成电路芯片、电脑配件、工业轴承、钟表、电子及通讯产品、航天航空器件、各种汽车零件、家电、五金工具、电线电缆、食品包装、首饰、烟草等众多领域的图形和文字的标记。 型号说明： HGL—LSY50F 表示进口振镜头 激光器输出功率 YAG激光器 振镜打标机 表示为中小功率激光设备 华工激光 主要技术参数： 激光波长：1064 nm 激光器输出功率：50W 声光调制频率：500 ~ 20 kHz 最大直线刻写速度：3000 mm/s, 视材料 标刻范围：70*70mm(110*110mm,220*220 mm) 重复精度：0.02 mm 定位精度：0.02 mm 标刻线深：0.05 ~ 0.1 mm 供电：三相~ 380V、4.5 KVA 2、激光打标机工作原理 激光电源产生瞬间高压（约2万伏）触发氪灯，并以预设定电 流维持，氪灯点燃；当工作电流达到阈值，光腔输出连续激光；调Q器件对连续激光进行腔内调制，产生准连续激光（频率可调），以提高输出激光的峰值功率；输出激光通过由计算机控制的振镜反射偏转，经F-θ透镜聚集到工作表面，形成高功率密度光斑（约106 w/mm2）使工件表面瞬间气化，刻蚀出一定深度的图案文字。 3、HGL-LSY50激光振镜打标机的构成及各部件功能 3．1 总则 HGL—LSY50型激光振镜打标机是由氪灯泵浦的固体YAG激光打标机，它主要由五部分组成，即：激光器系统、声光调制系统、振镜扫描系统、计算机控制系统及冷却系统，外形结构如图一所示。 激光器技术的应用现状及发展趋势 摘要 :简述了激光精密加工技术及其特点 ; 综述了激光精密加工的应用现状 ; 探讨了激光精密加工技术的发展趋势。激光加工技术在机械工业中的广泛应用, 促进了激光加工技术向工业化发展。为此, 介绍了几种应用较广泛的激光加工技术; 重点讨论了激光硬化和激光珩磨技术的应用和发展趋势。摘要由于在光通信光数据存储传感技术医学等领域的广泛应用近几年来光纤激光器发展十分迅速本文简要介绍了光纤激光器的工作原理及特性 , 并对目前多种光纤激光器作了较为详细的分类 ; 同时介绍了近几年国内外对于光纤激光器的研究方向及其目前的热点是高功率光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器和超短脉冲光纤激光器 ; 最后指出光纤激光器向高功率、多波长、窄线宽发展的趋势 . :结合河北工业大学光机电一体化研究室近几年对激光加工技术研究的初步成果, 对激光加工技术的特点, 激光加工技术在国内外的应用发展状况, 以及激光加工技术的发展趋势进行了简要介绍, 同时分析了我国激光加工产业面临的机遇与挑战,并提出了应采取的对策 前言 1 概述 激光加工是 20 世纪 60 年代初期兴起的一项新技术,此后逐步应用于机械、汽车、航空、电子等行业, 尤以机械行业的应用发展速度最快。在机械制造业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。 20 世纪 70 年代,美国进行了两大研究 :一是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接 ; 二是通用汽车公司进行的动力转向变速箱内表面的激光淬火。这两项研究推动了以后的机械制造业中的激光加工技术的发展。到了 20 世纪 80 年代后期, 激光加工的应用实例有所增加 , 其中增长最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。这 3 项技术目前已经发展成熟, 应用也很广泛。进入 20 世纪 90 年代后期, 激光珩磨技术的出现又将激光微细加工技术在机械加工中的应用翻开了崭新的一页。激光加工技术之所以得到如此广泛的应用, 是因为它与传统加工技术相比具有很多优点:一、是非接触加工, 没有机械力; 二、是可以加工高硬度、高熔点、极脆的难加工材料;三、是加工区小,热变形很小, 激光加工技术的特点及应用-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 激光加工技术的特点及应用 摘要：“激光（器）”的英语为Laser，它是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一个字母组成的缩写，意思是“光受激辐射放 大”。所谓激光加工技术就是利用激光束与物质相互作用的特性对材料 （包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以 及做为光源，识别物体等的一门技术，它也是涉及到光、机、电、材 料及检测等多门学科的一门综合学科。 关键词：加工原理、特点、加工技术、发展前景 一激光的特点 激光是一种崭新的光源，它除了与其他光源一样是一种电磁波外，还具有其它光源所不具备的特性： 高方向性：激光的发散角很小，接近平行光，可把激光用于定位、准直、导向和测距等 亮度高(光强)：聚焦后光斑上的功率密度达1015W/cm2或更高，其亮度比太阳光起码要亮100亿倍，只有氢弹爆炸瞬间产生的闪光才能勉强与激光相比。材料在如此之高的功率密度光照射下，会很快熔化、气化或爆炸，因此，可以来进行材料的加工或是医疗外科手术。 高单色性：其单色性比一般光高108-109倍以上，可把激光波长作为长度的标准进行精密测量，或把其周期用作时间测量标准，应用于激光通讯和等离子体测量。 高相干性：单色性越好的光，相干长度越长。可用于较长工件的高精度测量与校验。 二激光加工的原理及其特点 1.激光加工的原理 激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。 2.激光加工的特点 激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势： ①非接触加工，无工具磨损，不需要中途更换工具，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的； ②激光束能量密度高，加工速度快，工件变形小、热影响区小，后续加工量小； ③它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点材料，可加工材料范围广泛； 半导体设备硅刻蚀机概述 在众多半导体工艺中，刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀采用化学腐蚀进行，是传统的刻蚀工艺。它具有各向同性的缺点，即在刻蚀过程中不但有所需要的纵向刻蚀，也有不需要的横向刻蚀，因而精度差，线宽一般在3um以上。干法刻蚀是因大规模集成电路生产的需要而开发的精细加工技术，它具有各向异性特点，在最大限度上保证了纵向刻蚀，还可以控制横向刻蚀。本节介绍的硅刻蚀机就是属于干法ICP（Inductively Coupled Plasma）刻蚀系统。它被广泛应用在微处理器（CPU）、存储（DRAM）和各种逻辑电路的制造中。 典型的硅刻蚀机系统结构如下图2-1所示。整个系统分为传输模块（Transfer Module）、工艺模块（Process Module）等。 图2-1 典型的硅刻蚀机系统结构 传输模块由Loadport、机械手（Robot）、硅片中心检测器等主要 部件组成，其功能是完成硅片从硅片盒到PM的传输。Loadport用于装载硅片盒，机械手负责硅片的传入和传出。在传送过程中，中心检测器会自动检测硅片中心在机械手上的位置，进而补偿机械手伸展和旋转的步数以保证硅片被放置在PM静电卡盘的中心。 工艺模块（PM，如图2-2所示）是整个系统的核心，刻蚀工艺就在PM中完成。一个机台可以带2－4个工艺模块，工艺模块包括反应腔室、真空及压力控制系统、射频（RF）系统、静电卡盘和硅片温度控制系统、气体流量控制系统以及刻蚀终点检测系统等。其反应原理概述如下： 刻蚀气体（主要是F基和Cl基的气体）通过气体流量控制系统通入反应腔室，在高频电场（频率通常为13.56MHZ）作用下产生辉光放电，使气体分子或原子发生电离，形成“等离子体”（Plasma）。在等离子体中，包含由正离子（Ion＋）、负离子（Ion－）、游离基（Radical）和自由电子（e）。游离基在化学上很活波、它与被刻蚀的材料发生化学反应，生成能够由气流带走的挥发性化合物，从而实现化学刻蚀。另一方面，如图2-2所示，反应离子刻蚀腔室采用了阴极面积小，阳极面积大的不对称设计。在射频电源所产生的电场作用下带负电的自由电子因质量小，运动速度快，很快到达阴极；而正离子则由于质量大，速度慢不能在相同的时间内到达阴极，从而使阴极附近形成了带负电的鞘层电压。同时由于反应腔室的工作气压在10－3～10－2Torr，这样正离子在阴极附近得到非常有效的加速，垂直轰击放置于阴极表面的硅片，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应以及反应生产物 感谢您购买本公司产品,请您在使用设备之前,详细阅读本说明书. 1、简介 激光打标是利用激光的高能量作用于工件表面，使工件表面达到瞬间气化，并按预定的轨迹，刻写出具有一定深度的文字、图案。 HGL—LSY50型系列激光打标机是利用波长为1064nm的固体YAG激光，通过控制振镜的偏转来达到标刻的目的。 激光振镜打标具有标记速度快、连续工作稳定性好、软件功能强、定位精度和重复精度高等优点，广泛应用于集成电路芯片、电脑配件、工业轴承、钟表、电子及通讯产品、航天航空器件、各种汽车零件、家电、五金工具、电线电缆、食品包装、首饰、烟草等众多领域的图形和文字的标记。 型号说明： HGL—LSY50F 表示进口振镜头 激光器输出功率 YAG激光器 振镜打标机 表示为中小功率激光设备 华工激光 主要技术参数： 激光波长：1064 nm 激光器输出功率：50W 声光调制频率：500 ~ 20 kHz 最大直线刻写速度：3000 mm/s, 视材料 标刻范围：70*70mm(110*110mm,220*220 mm) 重复精度：0.02 mm 定位精度：0.02 mm 标刻线深：0.05 ~ 0.1 mm 供电：三相~ 380V、4.5 KV A 2、激光打标机工作原理 激光电源产生瞬间高压（约2万伏）触发氪灯，并以预设定电流维持，氪灯点燃；当工作电流达到阈值，光腔输出连续激光；调Q器件对连续激光进行腔内调制，产生准连续激光（频率可调），以提高输出激光的峰值功率；输出激光通过由计算机控制的振镜反射偏转，经F-θ透镜聚集到工作表面，形成高功率密度光斑（约106 w/mm2）使工件表面瞬间气化，刻蚀出一定深度的图案文字。 3、HGL-LSY50激光振镜打标机的构成及各部件功能 3．1 总则 HGL—LSY50型激光振镜打标机是由氪灯泵浦的固体YAG激光打标机，它主要由五部分组成，即：激光器系统、声光调制系统、振镜扫描系统、计算机控制系统及冷却系统， 腔组成。 1 干法刻蚀和湿法刻蚀 干法刻蚀是把硅片表面暴露于空气中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应，从而去掉暴露的表面材料。 湿法腐蚀是以液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。 2刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用。A/min表示 刻蚀速率=T/t(。A/min) 其中T=去掉的材料厚度 t=刻蚀所用的时间 为了高的产量，希望有高的刻蚀速率。 3刻蚀选择比指的是同一刻蚀条件下一种材料与另一种刻蚀材料相比刻蚀速率快多少。他定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比。 干法刻蚀的选择比低，通常不能提供对下一层材料足够高的刻蚀选择比。 高选择比意味着只刻除想要刻去的那层。 4干法刻蚀的主要目的完整的把掩膜图形复制到硅片表面上。 优点：刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁剖面控制， 好的CD控制 最小的光刻胶脱落或粘附问题 好的片内，片间，批次间的刻蚀均匀性 较低的化学制品使用和处理费用 不足：对下层材料的差的刻蚀选择比，等离子体带来的器件损伤和昂贵的设备。 5化学机理：等离子体产生的反应元素与硅片表面的物质发生反应，为了获得高的选择比，进入腔体的气体都经过了慎重选择。等离子体化学刻蚀由于它是各向同性的，因而线宽控制差。 物理机理：等离子体产生的带能粒子在强电场下朝硅片表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片表面材料。 6基本部件：发生刻蚀反应的反应腔，一个产生等离子体的射频电源，气体流量控制系统，去除刻蚀生成物和气体的真空系统。 氟刻蚀二氧化硅，氯和氟刻蚀铝，氯，氟和溴刻蚀硅，氧去除光刻胶。 7 ECR反应器在1-10毫托的工作压力下产生很密的等离子体，他在磁场环境中采用2.45GHz 微波激励源来产生高密度等离子体。ECR反应器的一个关键点是磁场平行于反映剂的流动方向，这使得自由电子由于磁力的作用做螺旋形运动。当电子的回旋频率等于所加的微波电场频率时，能有效把电能转移到等离子体中的电子上。这种振荡增加了电子碰撞的可能性，从而产生高密度的等离子体，获得大的离子流。 8氟基气体 三个步骤：1，预刻蚀，用于去除自然氧化层，硬的掩蔽层和表面污染物来获得均匀的刻蚀2，刻至终点的主刻蚀，用来刻蚀大部分的多晶硅膜，并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面。激光喷码机工作原理及应用讲解
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1 干法刻蚀和湿法刻蚀