紫外激光的刻蚀应用

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1、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1064nmNd∶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

2、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：此处的Ej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Ejexp(iωjt-ikjz)的实数部分，相位失配∆k=k3-(k1+k2)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，K2≈2K1，K3≈3K1。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

3、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：如果以ω和2ω输入的光子匹配为1:1，则有Pω+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。二倍频晶体选用KTP，θ=90°，φ=23.5°，按Ⅱ类临界相位匹配切割，尺寸为2m

4、m×2mm×10mm，两端面镀1064nm/532nm双色增透膜。三倍频晶体选用Ⅰ类临界相位匹配LBO，θ=42.6°，φ=90°，尺寸为3mm×3mm×12mm，两端面镀1064nm/532nm/355nm三色增透膜。二倍频和三倍频晶体的放置要符合光波的偏振匹配条件，如图2所示Nd:YVO4、KTP和LBO用致冷器温控。用coherent公司生产的LabMasterUltimaP540功率计，LM-UV2紫外探测器测量紫外激光的功率。1、紫外激光加工的特点[3-4]紫外激光除了具有激光的一般特点之外，还有一些与紫外波长相应的特点，使得紫外激光在很多材料的加工中有重要

5、应用。2、1紫外激光加工的原理与红外或可见光通常靠产生集中局部的加热使物质熔化或汽化的方式来进行加工不同，紫外加工从本质上说不是热处理。紫外激光的波长在0.4um以下，而且大多数材料吸收紫外光比吸收红外光更容易，高能量的紫外光子直接破坏材料表面分子中原子间的连接键，这种“冷”光蚀处理加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的炭化。图3激光与材料作用的示意图2、2紫外激光加工的优点：（1）紫外激光器的波长较短能加工很小的部件。紫外激光的波长在0.4um一下，由于会聚光斑的最小直径直接正比于光波长(由于衍射)，激光的波长越短，聚焦的能量就越集中，因此，更短波长意味着更高的空

6、间分辨率。例如，在钻微通道时，用CO2激光打出的最小孔极限是75um，而用355nm的紫外固体激光器可以加工成直径小于25um的通道。（2）许多材料（如陶瓷、金属、聚合物等）对紫外波段的吸收比较大，可以加工许多红外和可见光激光器加工不了的材料。像Cu这种金属对红外波段的光是高反的，用CO2激光切割它，若不进行预处理是无效的。（3）紫外光子直接切断材料分子中原子间的连接键。红外或可见光通常靠产生集中局部的加热使物质熔化或汽化的方式来进行加工，但这种加热会导致周围区域严重破坏,因而限制了边缘强度和产生小精细特征的能力。与热加工相比,紫外激光加工使材料发生分解而被去除，因而

7、加工处周边热损伤和热影响区小.而且紫外激光器尤其是固体紫外激光器的结构越来越紧凑、平均功率高、易维护、操作简便、成本低、生产率高。3、紫外激光用于薄膜划线[5]3、1激光系统实验中使用两种不同的激光光源进行划线。第一种光源是355nm波长的端面泵浦固体激光器，脉冲持续时间15ns，第二种是脉宽为8ns的355nm波长的端面泵浦固体激光器。两种光源的典型脉冲能量分布是高斯分布。两种光源的功率通过一个外部衰减器调节。为了得到高的加工速度，激光束通过扫描镜头传输。3、2样品处理加工了两种类型的样品，为了研究烧蚀阈值，在玻璃上沉积了单层膜。在激光划线研究中，