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引言

本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在空氣下照射單晶硅片時(shí)，在掃描區(qū)域附近產(chǎn)生焊接沉積，用XPS方法分析了掃描區(qū)域附近微焊接沉積的化學(xué)元素組成，發(fā)現(xiàn)其由一種二氧化硅組成。將輻照晶片浸泡在氟化氫中，去除掃描區(qū)域附近的沉積部分，得到寬度小于4μm的尖銳凹槽。本研究中使用的皮秒U(xiǎn)V激光可以對(duì)硅進(jìn)行微細(xì)加工，但是，由于伴隨加工的加熱、熔化、蒸發(fā)等現(xiàn)象，自由的微細(xì)加工很困難。本研究的目的是通過(guò)實(shí)際對(duì)硅晶圓進(jìn)行激光加工，通過(guò)AFM觀察加工表面以及通過(guò)XPS進(jìn)行元素分析，闡明加工機(jī)構(gòu)，使高精度的槽加工成為可能。

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實(shí)驗(yàn)

使用的激光的最大輸出功率為4W，頻率為80MHz，脈沖寬度為15ps，波長(zhǎng)為355nm.圖1顯示了光學(xué)系統(tǒng)的配置。

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圖1

? ? ? 在圖1的平臺(tái)上放置面方位（100）的硅晶圓，如圖2所示，向起點(diǎn)照射激光，一邊騰出20μm的寬度，一邊掃描數(shù)條長(zhǎng)度為3000μm的線。另外，通過(guò)激光照射，使用AFM，XPS分析了形狀和表面元素組成的變化等。加工條件為能量0.15 mJ/cm2，掃描速度3000μm/s。圖3(a)的白色部分為激光照射痕跡。(b)為線段AB的剖面圖。由此可知，在AFM的觀察圖像中，激光掃描痕跡比照射前最大隆起約800nm。

圖4表示的是用XPS對(duì)激光隆起的部分進(jìn)行元素分析的光譜。縱軸是一秒內(nèi)通過(guò)的電子數(shù)，橫軸是結(jié)合能量。在此，將得到的光譜形狀與一般化的元素的光譜形狀進(jìn)行比較，尋找一致的光譜形狀，其結(jié)果與圖5的SiO2的光譜形狀非常相似。因此可以認(rèn)為堆積物的成分是SiO2。

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圖4

從目前為止的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，僅通過(guò)大氣中的激光照射，對(duì)硅進(jìn)行凹槽加工是很困難的。因此，將激光照射的硅晶圓進(jìn)一步浸入氫氟酸中，通過(guò)濕法蝕刻除去堆積物（SIO2）的實(shí)驗(yàn)。將剛才用激光照射的硅晶圓浸入濃度為20%的氫氟酸中380min，用AFM再次進(jìn)行了觀察。這是除去堆積的SiO2所需的足夠的濃度和時(shí)間。另外，以100μm/s的掃描速度使能量發(fā)生變化，制作了幾個(gè)激光加工的硅晶圓。同樣，在濃度為20%的氫氟酸中380min，用AFM調(diào)查了溝深和溝寬。

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結(jié)果

? ? ? 圖6(a)為能量0.15 mJ/cm2， 將以掃描速度3000μm/s加工的晶圓浸入氫氟酸后， 用AFM觀察的。(b)是線段AB的剖面圖。除去隆起的部分，確認(rèn)形成了寬度為3.82μm，深度約為1.5μm的溝。圖7是在掃描速度100μm/s下，一邊改變能量，一邊進(jìn)行激光加工，之后進(jìn)行氫氟酸處理，得到能量和溝深度關(guān)系的圖表。圖8是在掃描速度100μm/s下，能量和氫氟酸處理后的溝寬的圖表。從實(shí)驗(yàn)中，即使使能量發(fā)生變化，溝寬也沒(méi)有大的變化。此時(shí)的溝寬約為8μm.通過(guò)使能量變大，可以確認(rèn)深度方向的加工效率上升。另外，掃描速度為掃描速度100μm/s，可以確認(rèn)深度方向的加工效率上升。另外，掃描速度為掃描速度100μm/s，可以確認(rèn)深度方向的加工效率上升。

? ? ? 在本研究中，通過(guò)XPS通過(guò)皮秒U(xiǎn)V激光形成的堆積物是SiO2.另外，通過(guò)氫氟酸的蝕刻得到了溝，SiO2持續(xù)到了一定程度的深度。結(jié)果，對(duì)硅的激光加工中，在激光照射的瞬間達(dá)到了一定程度的深度，硅的結(jié)合被切斷并飛散(a)。下一個(gè)瞬間，浮游的Si原子與氧原子結(jié)合形成堆積物(b)。根據(jù)本研究，通過(guò)皮秒U(xiǎn)V激光在單晶硅晶圓上堆積了SiO2.之后，在利用氫氟酸進(jìn)行微槽加工的本實(shí)驗(yàn)中，成功形成了寬度4μm以下的微槽，通過(guò)更快的掃描速度和更大的通量，可以進(jìn)行高長(zhǎng)寬比的微槽加工。