К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Е табл. 2.5.10 приведены харахтериспгки СОз-лазеров с диффузионным охлаждением рабочей смеси, в табл. 2.5.11 - бмстропроточных с продольной прокачкой газа, в табл. 2.5.12 - быстропроточных с поперечной прокачкой газа, в табл. 2.5.13 - импульсно- периодических С(~-лазеров. ЛАЗЕРНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 167 2.5.13. Характеристики импулмпо-периодических.СОТ-лазеров (Россия).
2.5Л4. Характервстикн техиологичеевик установок па основе твердотельных лазеров Пнбепш импувьса, Дж, нвв МОЩНОСТЬ, Вт Частота оледо- НУВЬСОВ, Гп Модель установки Область првменешш ность вмпульса, мо 0,5 - 0,7 Сверление отверстий в алмазных филь ерах и других материалах "Квант-12" 20 Шовная сварка "Квант-15" 15 Дж Сварка, газолазерная резка, термо обработка, сверление 1,5 - 4 "Квант-17" 4 - 20 Дж 10 Герметизация корпусов интегральных схем "Квант-18" 8- 130 Дж 8-10 Термоупрочнение, свар- Кристалл-6" 0 5 - 4 Дж Стекло с не одином Смрленне и фрезерова- нне "Кристалл-8" ' Стекло с неодимом 0,1 - 0,2 0,1 Дгк Подгонка талстопленоч- ных резисторов 20 "Корунд" (50 70)10-г Стекло с неодимом 0,5 Дж 10 Сверление "Квант-20" 60 Вт Резка, сварка Непрерыв- ный "Квант-50" 125 Вт Резка, термоупрочнение, сварка Твердетельвме технологические лазеры.
Основной особенностью лазеров этого класса яшшется возможность достижении значительной удельной мощности генерации за счет высокой концентрации активных часпщ. В. качестве активной среды в таких лазерах используются и различные кристаллы и стекла, легированные ионами переходных метазлов. Наибольшее распространение получили неодимовые лазеры на стеклах и аллюмонтгриевом гранате (АИГ), легированных ионами неодима, которые позволюот получать непрерывное излучение, а также импульсно- периодический ракнм с частотой повторения до 1000 Гц. К числу наиболее распространенных относятся установки серий "Кристалл", 'ТОС", "Коруьш" - на стекле с неодимом; 'ТОР", "Луч", "Искра" — на рубине; "Квант", "Л'ПГ, "ЛТН" - на АИГ.
В табл. 2.5.14 даны характеристики и области применения ряда установок с твердотельными технологическими лазерами. В табл. 2.5.15 приведены некоторые харакшристики импульсно-периодических установок на АИГ. Области применения лазеров на АИГ: )Чбг+ распределяются следующим образом; электронная промышленность — 55 % (отжиг, подгонка, пайка, герметизация и пр.), авиационная промышленность - 20 %, автомобильная промышленность - 15 %, другие отрасли - 10 %. В табл. 2.5.16 примдены характеристики технологических лазеров на АИГ: )Чбг+, работающих в непрерывном режиме, а в табл.
2.5.17 — в импульсно-периодическом режиме. 168 Глаза 25. РЕНТГЕНОВСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ 2.5.15. Хараатернствки вмнульсно-иериодвчесаих уеиюовок иа АИГ (России) 2.5.16. Хармпервствки теиюлотических лазеров ва АИГ, работающих в вепрермвиом ремвме 2.5Л7. Характеристики техиолозическвх лазеров мз АИГ, рработ вю ви у - р омр Модель лзэсра Назначение, особенности 102 - 104 8$-384 20 6,35 Сварка 102- 104 58-525123 25 16 102 - 104 1 - 300 К1.8322 50 Сверленне, резка 102 - 104 8$-550 60 200 18 0„26 Маркировка 5 102 3 10з 400-12 14 Универсальное 102 М8-35 15 100 Резка, сварка 100 10 200 10 15 70 2-10 К1.5-522 85 300 10 Г.АХ-606А КЬ8-322 Частота следования импузьсоа, Гп Джоельность импульса, мкс Диаметр луча, мм Расходи- мссть, мрзд Ислользуетса оптическое волокно ЛАЗЕРНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 169 2.5.18ь Характеристики техволегвчесввх лазеров ва азоте с длиной волны 337 вм (Россия) Техволепшескве лазеры ва азате.
Зги лазеры нашли широкое применение в технологии микроэлектроники блиодаря своим уникальным характеристикам: короткой длине волны (337 нм), которая позволяет фокусировать излучение в шпио малых размеров и обрабатывать элементы с размерами порядка долей микрометра, малой длительности импульса излучении (10 нс) в сочетании с высокой импульсной мощностью (0,01 - 1 МВт), чта позволяет испарять слои меиллов, не затрагивая подложку, на которую они наносятся, а это весьма существенно для многих применений. Характеристики некоторых лазеров на азоте приведены в табл. 2.5.1К На базе лазеров на азоте, вьпгускаемых отечественной промышленностью, разработан ряд технологических установок. Так, лазеры ЛГИ-21 применяются в установках типа "Кварц" для подстройки монолитных фильтров, кварцевых резонаторов, а также при исследованиях, оптимизации и изготовлении мелких партий гибридных интегральных схем с пленочными резисторами.
Такие установки недороги, скорость обработки пленочных покрьпий на них составляет несколько миллиметров в секунду, а производителъносп, — сотни операций в час. Для подгонки резисторов применяются полуавтоматические установки типа "Кварц-5" с использованием лазера ЛГИ-505. Скорость обработки пленки 10 - 30 мм/с, производительность - 4 - 5 тыс. резисторов / ч. На базе этой установки разработанм установки для подгонки талстопленочных резисторов АМЦ- 0662 с ЧПУ и установка прецизионной подгонки АМЦ-0663.
Лазеры ЛГИ-505 применяются в технологических установках для корректировки размеров пленочных элемегпов (лазерных ретушерах) ЗМ-551А. Производительносп 10— 20 шаблонов в час. Лазеры ЛГИ-504 нашли применение в лазерных генераторах изображений ЭМ-5009А. На подобных установках можно получать первичные шаблоны для изготовления БИС с высокой степенью шпеграции размером 40 х 40 мм в течение 50 - 60 мин.
Кроме того, применяются для диагностики, накачки лазеров на красителях н других целей. Технологическое ебарудевавве ва эксвмервых лазерах. Наиболее перспективны дги технологических установок эксимерные лазерные источники с длиной волны от 0,157 мкм (Рз) до 0,353 мкм (Хер). С точки зрения производительности наиболее перитективны импульсные лазерные источники с широкоапертурными объекпшами высокого разрешения юи проекционной лазерной обработки и системы совмещения (позиционирования) лазерного луча с точностью не хуже 0,1 мкм. Лазерные процессы эффективны при плотности энергии излучения 0,05 — 0,1 Дж/смз. При обработке подложек диаметром 100 — 200 мм для технологических установок требуются эксимерные лазеры с частотой повторения импульсов 10 - 100 Гц и средней мощностью 100 - 200 Вт.
Применение эксимерных лазеров в качестве источника УФ-излучения в фотолитографии при нанесении изображения на фоторезист как через шаблон, так и при прямой записи обеспечивает разрешение 0,25 мкм, что соответствует современным требованиям к СБИС. Благодаря локальноати и быстроте обработки лазерная технология обеспечивает ускорение перечисленных технологических процессов и повышение качества продукции по сравнению с традиционными способами. Предполагается использование эксимерных лазеров прн производстве СБИС в трех направлениях: химическое осаждение пленок из газовой фазы и травление подножек, осуществляемое благодаря выаокой энергии фотона лазерного излучения; увеличение разрешающей способности в фотолитографии до 0,2 мкм при использовании лазера на Рз (двина волны 157 нм).
Прн этом короткая длина волны излучения эксимерного лазера позволяет фокусировать его Губ Глава 2.5. РЕНТГЕНОВСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ЛУЧИ В ЭЛЕКТРОННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ излучение в пятно диаметром менее 1 мкм, что дает возможносп выполнять локальное осаждение или удаление пленок при сканировании лазерного луча; осущеспиенне управления поверхностными процессами опюпа, легиро ванна и окисления полупроводниковых материалов. 2.5.5. Твхнологня н ОБОРудОВАниВ для Бьгпггой теРмнческой ОВРАБОтви Быстрая термическая обработка (БТО) в качестве промышленной технологии в электронном мюпиностроении яюшется альтернативой технологичеоким операциям, осуществляемым в диффузионных печах, которым свойственны следующие недостатки: большие габаритные размеры; неэффективность индивидуальной обработки полупроводниковых пластин и невозможность встраивания в автоматическую линию, .кластерное, оборудование и т.ы.; большие тепловая инерция и длнтельносп термического цикла; трудность решения технологических и конструкторских проблем реализации процессов, требуюших рабечих температур до 1600 К.
Особенно цеяесо образно применение БТО при производстве СВИС и УБИС. Так, чтобы увеличить плотность ражещеиня элементов на одном кристюше, необходимо уменьшить размеры ююментов до долей микрометра и по горизонтали, и ло вертикали. Это требует создания тонких диэлектрических слоев и неглубоких Р-л-переходов. Однако это противоречит необходимости поддержания высокой температуры в процессе роста оксндной пленки и при отжиге после окисления для того, чтобы получить тонкие диэлектрические слои с заданными электрическими характеристиками.
Преимущества БТО заюпочаются в следующем; индивидуальной обработке пластин; широком диапазоне длительности термическогб цикла (1 — 600 с); высокой скорости нагрева пластин (30— 300 'С / с и выше); широком диапазоне рабочих температур (200 - 1400 'С); высокой чистоте процесса благодаря возможности использования реактора с "холодной стенкой"; измерении температуры непосредственно у пластины; обеспечении воспроизводимости технологического процесса и равномерности обработки по пластине; малой занимаемой производспюнной площади; малой стоимости и достаточно высокой производительности; максимальном экономическом эффекте при обработке малых партий пластин; небольшом объеме камеры дпя обработки, что позволяет быстро менять рабочие газы и обеспечивает возможность проведенги последовательных операций технологического процесса в одной и той же камере.