光学工艺 微细加工技术与设备

TN305．2 2006065454一种改进的测量硅片亚表面损伤的角度抛光方法=An improved angle polishing method for measuring subsurface damage in silicon wafers[刊,英]/霍凤伟(大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室．辽宁,大连(116024)),康仁科…//半导体学报．—2006,27(3)．—506-510提出了一种改进的角度抛光方法来测量硅片的亚表面损伤。其原理是：经过研磨和化学机械抛光后,起保护作用的陪片靠近胶黏剂的一端形成一个无损伤的、完整的劈尖,劈尖的棱边作为测量亚表面损伤的基准；角度抛光     

表面划痕中残余抛光颗粒对材料热损伤特性的影响

建立了高功率激光辐照下光学表面存在划痕且残存抛光颗粒时的热损伤分析模型,对这种复杂缺陷条件下的光学材料热损伤性能进行了研究。利用有限差分法计算了不同尺度抛光颗粒处于划痕中不同位置时光学材料表面的光场调制和温度场的分布。根据表面温度分布,得到了对应条件下光学材料的热损伤阈值变化规律。结果表明:除了抛光颗粒半径对材料损伤阈值存在影响外,当抛光颗粒位于划痕宽度方向不同位置时,材料的热损伤阈值也会有比较明显的变化;当位于划痕中心时,抛光颗粒对材料光场调制最强,更容易造成材料的熔化损伤。     

集群磁流变抛光参数对亚表面损伤深度的影响

建立了亚表面损伤深度与抛光参数的关系模型,探究集群磁流变抛光后单晶蓝宝石亚表面损伤深度与集群磁流变抛光参数的关系,研究了抛光参数对亚表面损伤深度的影响规律,运用正交实验验证了模型的合理性.实验中使用白光干涉仪作为测量工具,α-Al_2O_3抛光液作为抛光液,每个实验因素选择三个水平,结果表明:集群磁流变抛光中,单晶蓝宝石亚表面损伤深度与磨粒粒径和抛光压力有关,亚表面损伤深度随着抛光压力和磨粒粒径的增大而增大,抛光压力对亚表面损伤深度的影响远大于磨粒粒径.当抛光压力和磨粒粒径分别为25kg和280nm时,经过100min抛光,亚表面损伤深度最小值达到0.9nm.在集群磁流变抛光中抛光压力是影响亚表面损伤深度的主要因素,当抛光压力为25kg时,集群磁流变抛光可快速去除亚表面损伤.     

熔石英元件抛光表面的亚表面损伤研究

通过结合HF酸洗和微分干涉差显微成像对两组抛光元件的亚表面损伤进行直接观测和分析。结果显示微分干涉差显微成像相比于传统的明场成像具有更好的分辨率,可以更有效检测HF酸洗后暴露的各种浅塑性亚表面损伤。对两组抛光元件的亚表面损伤的对比分析发现熔石英元件在抛光中会产生大量的亚表面损伤,这些亚表面损伤绝大多数是浅塑性的划痕和坑,仅有少量的脆性断裂损伤,较大的抛光颗粒会产生更多更严重的亚表面损伤,并且这些亚表面损伤被表面沉积层所掩盖,表面粗糙度不能反映亚表面损伤的严重程度。     

In∶Nd∶LiNbO_3晶体倍频性能的研究

在LiNbO3 中掺进In2O3 和Nd2O3,以Czochralski技术生长了In∶Nd∶LiNO3 晶体通过光斑畸变法测得In∶Nd∶LiNbO3晶体的光损伤阈值为1. 98×104W /cm2,比Nd∶LiNbO3晶体的1. 6×102W /cm2高两个数量级以上;晶体吸收光谱的测试表明,In∶Nd∶LiNbO3 晶体的吸收边相对Nd∶LiNbO3 晶体发生紫移研究了In∶Nd∶LiNbO3 晶体的倍频性能,结果表明,In∶Nd∶LiNbO3 晶体的相位匹配温度在室温附近,倍频转换效率比Nd∶LiNbO晶体提高二倍.     

纳米α-Al2O3磨料抛光单晶硅片光滑表面的形成机理

"将纳米α-Al2O3粉体配制成抛光液并冷冻成冰结抛光垫对单晶硅片进行了抛光,用原子力显微镜观察了抛光表面的微观形貌并测量了其表面粗糙度,采用透射电镜观察了单晶硅片抛光后的断面形貌．为进一步分析抛光过程中的化学作用机理,采用X射线光电子能谱分析了单晶硅片抛光后表面的化学成分．利用纳米压痕仪的划痕附件对单晶硅片进行了划痕测试,研究了抛光过程中的机械作用机理．结果表明纳米α-Al2O3磨料冰冻抛光单晶硅片时,在1 mm￡1 mm的范围内得到了微观表面粗糙度为0.367 nm的超光滑表面,亚表面没有任何损伤,材     

PVD改性RB-SiC表面缺陷研究

为获得高表面质量的PVD改性RB-SiC反射镜,解决实际加工中出现的表面缺陷问题,对缺陷的形成机理及处理方法进行了研究。根据Preston假设设计相关试验,推测表面缺陷是由于PVD改性层中的大颗粒结晶受到较大冲击,从而使大颗粒结晶剥落而非对其产生磨削作用而产生的。试验表明:过高的抛光速度或过高的抛光压力会造成改性层表面缺陷的产生,调整抛光的相对速度及抛光压力等关键工艺参数,可在保持抛光效率的同时有效减少和避免表面缺陷问题的产生。经试验验证,当表面缺陷产生后,通过选择适当的相对速度和抛光压强,改性层去除0.7 m～1 m后,可有效修复缺陷,并且无新的表面缺陷产生。     

无损伤超光滑LBO晶体表面抛光方法研究

传统的抛光LBO晶体的方法是选用金刚石抛光粉在沥青抛光盘上抛光。沥青盘易于变形不容易修整,金刚石粉特别硬容易损伤抛光晶体表面。抛光过程中,抛光盘和抛光粉的选择是非常重要的,直接影响到抛光效率和最终的表面质量。新的抛光LBO晶体的方法,其抛光过程是一个化学机械过程,抛光盘、抛光粉和抛光材料相互作用。选用两种抛光盘(培纶和聚氨酯盘),三种较软的抛光磨料(CeO2,Al2O3和SiO2胶体),并在LBO晶体的(001)面进行抛光实验。用原子力显微镜测量和分析了表面粗糙度。结果表明,使用聚氨酯盘和SiO2胶体能够获得无损伤超光滑的LBO晶体表面,其表面粗糙度的RMS为0.3nm。     

CO_2激光光栅式扫描修复熔石英表面缺陷的实验研究与数值模拟

基于熔石英材料对波长为10.6μm的CO2激光具有强吸收作用这一特点,提出采用CO2激光光栅式多次扫描修复熔石英光学元件表面密集分布的划痕和抛光点等缺陷的方法.实验结果表明,在合理的扫描参数下,元件表面的划痕和抛光点等缺陷可被充分地消除.损伤阈值测试结果表明,表面划痕和抛光点等缺陷被完全消除的元件的损伤阈值可回复到或超过基底的损伤阈值.同时结合有限元软件Ansys的模拟结果分析了CO2激光扫描修复及消除元件表面划痕和抛光点等缺陷的过程.本文为消除元件表面划痕和抛光点等缺陷提供了非常有意义的参考.     

激光量热法测量K9基片的表面吸收和体吸收

表面抛光可能给K9基片带来额外的杂质和吸收,分离K9基片的表面吸收率与体吸收率有助于改进基片的加工质量和抛光工艺,对抗损伤能力研究具有重要意义。分析了激光量热法测量弱吸收的原理,采用符合ISO 11551要求的激光量热计测量K9基片的弱吸收。对相同工艺抛光的不同厚度K9基片进行了弱吸收表征,实验发现K9基片的弱吸收随着厚度增加近似线性增大。推导了表面吸收率和体吸收率的计算式,实验得出本样品的表面吸收率为1.2110-5,体吸收率远大于表面吸收率,体吸收系数为1.7210-3/cm。实验结果显示所用K9样品的吸收主要来自于材料本身,改善抛光工艺对降低其吸收率作用不大。     

Stoichiometric Mg:LiNbO(3) as an effective material for nonlinear optics

Photorefractive damage, optical absorption, photoconductivities, and photogalvanic currents of stoichiometric LiNbO(3) single crystals with different Mg doping levels have been investigated. Nominally pure stoichiometric LiNbO(3) shows lower photorefractive damage resistance than congruent crystal; however, stoichiometric crystals doped with MgO of more than 1.8 mol. % exhibit no measurable photorefractive damage at 532 nm to intensities of as much as 8 MW/cm(2) . This remarkable damage resistance can be attributed not only to increased photoconductivity but also to decreased photogalvanic current. Stoichiometric Mg:LiNbO(3) also demonstrates the shortest absorption edge, 302 nm, and a single-domain nature with low scattering losses.     

光学元件亚表面缺陷的损伤性检测方法

在磨削、研磨和抛光加工过程中产生的微裂纹、划痕、残余应力等亚表面缺陷会导致熔石英元件抗激光损伤能力下降,如何快速、准确地检测亚表面损伤成为光学领域亟待解决的关键问题。采用HF酸蚀刻法、角度抛光法和磁流变斜面抛光法对熔石英元件在研磨加工中产生的亚表面缺陷形貌特征及损伤深度进行了检测和对比分析,结果表明,不同检测方法得到的亚表层损伤深度的检测结果存在一定差异,HF酸蚀刻法检测得到的亚表面损伤深度要比角度抛光法和磁流变斜面抛光法检测结果大一些。且采用的磨粒粒径越大,试件表面及亚表面的脆性断裂现象越严重,亚表面缺陷层深度越大。     

3mm厚大口径超薄元件双面抛光工艺北大核心CSCD

基于环摆双面抛光技术,研究了3mm厚大口径超薄元件的双面抛光加工工艺。通过对双面抛光原理的分析,对转速比、抛光垫面形、抛光液等工艺参数上作了优化,并通过加工模拟进行验证。通过工件环分离器减薄技术解决了3mm厚超薄元件的装夹问题。在SYP152双面主动抛光机上进行了加工工艺实验,通过调节转速比实现3mm厚大口径超薄元件面形的高效收敛,验证了加工的可行性,并且达到了面形精度优于1.5λ(λ=632.8nm)、表面粗糙度优于1nm的技术水平。     

Zn：LiNbO3晶体倍频性能的研究

在ＬｉＮｂＯ３晶体中掺入ＺｎＯ，生长ＺｎＯ：ＬｉＮｂＯ３晶体，当ＺｎＯ的掺入浓度高于６ｍｏｌ％时，晶体的抗光损伤能力提高两个数量级，与高掺Ｍｇｏ相似。Ｚｎ：ＬｉＮｂＯ３的倍频转换效率可达５０％左右，高于Ｍｇ；ＬｉＮｂＯ３。本文对Ｚｎ：ＬｉＮｂＯ３晶体中Ｚｎ＾２＋离子占痊以及抗光损伤增强机理进行了初步探讨。     

Models of nanoparticles movement,collision, and friction in chemical mechanical polishing (CMP)

Nanoparticles have been widely used in polishing slurry such as chemical mechanical polishing (CMP) process. The movement of nanoparticles in polishing slurry and the interaction between nanoparticles and solid surface are very important to obtain an atomic smooth surface in CMP process. Polishing slurry contains abrasive nanoparticles (with the size range of about 10–100 nm) and chemical reagents. Abrasive nanoparticles and hydrodynamic pressure are considered to cause the polishing effect. Nanoparticles behavior in the slurry with power-law viscosity shows great effect on the wafer surface in polishing process. CMP is now a standard process of integrated circuit manufacturing at nanoscale. Various models can dynamically predict the evolution of surface topography for any time point during CMP. To research, using a combination of individual nanoscale friction measurements for CMP of SiO₂, in an analytical model, to sum these effects, and the results scale CMP experiments, can guide the research and validate the model. CMP endpoint measurements, such as those from motor current traces, enable verification of model predictions, relating to friction and wear in CMP and surface topography evolution for different types of CMP processes and patterned chips. In this article, we explore models of the microscopic frictional force based on the surface topography and present both experimental and theoretical studies on the movement of nanoparticles in polishing slurry and collision between nanoparticles, as well as between the particles and solid surfaces in time of process CMP. Experimental results have proved that the nanoparticle size and slurry properties have great effects on the polishing results. The effects of the nanoparticle size and the slurry film thickness are also discussed.     

新型KTP电光偏转器的设计和分析

设计了新ＫＴＰ电光偏转器，当通光口径Ｄ＝４ｍｍ，长度Ｌ＝４０ｍｍ时，其时间分辨率为１８０ｐｓ，从而可获得最窄宽度为４００ｐｓ的整形激光脉冲，而相同结构的ＬｉＮｂＯ３电光偏转器最窄只可获得宽度为８３０ｐｓ的整形激光脉冲，分析了电光偏转器设计中影响其性能指标的因素，指出利用恒温炉装置可消除激光脉冲在传播过程中的波面畸变。     

大口径平面光学元件超精密加工技术的研究

为了解决激光核聚变装置中大口径平面光学元件的批量制造难题,将先进制造技术和传统抛光技术相结合,提出了一种新的工艺方法,即使用ELID(在线电解)磨削代替传统的铣磨和初抛工序,以提高生产效率。利用数控抛光将工件抛光至最终的面形精度,以提高生产效率和减少边缘效应。将连续抛光作为最终加工工序,使加工工件的表面粗糙度和波纹度达到工程要求。实验证明这一新的工艺方法是可行的。     

Fabrication and testing of high quality small germanium plano-convex lens

In this paper, a new method is designed which is accurate (λ/4, λ=632·8 nm) for finishing the small (less than 2·6 mm diameter and a center thickness of 0·4 mm) and soft germanium plano-convex lens. Special features of this process are as follows: (i) it produces a scratch-free and smooth surface; (ii) a precision blocking jig has been constructed which enables the operators to engage centering work of the plano-convex lenses (i.e. the lenses edge are co-axial with the optical axis); (iii) a modified moiré technique rapidly performs the centering test; and (iv) the simulation model has been developed for evaluating the polishing parameters used in this process.     

Zn∶Fe∶LiNbO_3晶体四波混频效应的研究

报道了一种新掺杂铌酸锂晶体Ｚｎ∶Ｆｅ∶ＬｉＮｂＯ３，它具有优良的光折变四波混频性能，位相共轭反射率可达１００％。且与Ｆｅ∶ＬｉＮｂＯ３相比，抗光散射能力强，响应速度快。本文通过对高掺ＺｎＯ后晶体的抗光损伤能力和光电导值的测试分析，讨论了Ｚｎ∶Ｆｅ∶ＬｉＮｂＯ３晶体抗光散射和响应速度提高的机理。