激光诱导化学刻蚀的研究

随着电子工业的发展，激光诱导化学刻蚀日益受到人们的广泛重视，这方面的理论研究是从八十年代开始，并迅速得到实际应用。用激光诱导可以选择性地激发常规条件下难以发生的化学反应并进行区域控制的显微化学研究。本文首先阐述了光化学反应的基本原理，并对激光化学刻蚀的研究作了综述，概括了激光诱导化学反应的各种激发和可能的机理。本文主要是以Ar_+激光和XeCl_2准分子激光为光源分别对Cu_-CH_2Cl_2, Cu_-Cl_2, Si-CH_2Cl_2, Au-Cl_2和Al-Cl_2体系作了研究。着重讨论了激光能量和气体中对刻蚀速度的影响。我们所用的反应池是一个15cm长，直径为3cm的玻璃反应池，采用CaF_2晶体为窗片。基片通过活塞固定在反应池中部可随活塞调节基片方向，使其平行或垂直于激光束。每次实验前先将反应池抽至真空10~(-5)乇，然后充入气体。进行光化学实验时，激光通过光栏和石英透镜聚焦在基片上。用Ar_+激光引发Si_1CH_2Cl_2的反应中，我们主要是以红外吸收光谱为分析手段，测量反应前后气体的浓度变化，研究了激光能量和气体的压强对气体反应率的影响，这里Si-CH_2Cl_2的反应表现为典型的热反应处理。用Ar_+激光激发Cu-Cl_2、Cu-CH_2Cl_2的反应中，我们也重点讨论了激光能量和气体压强的影响，对比了两个体系的反应速度，分析了其阈值及刻蚀性能的差别，认为由于Cl_2分子可被多谱线的Ar_+激光所分解，而CH_2Cl_2对Ar_+激光无吸收，因而，Cu-Cl_2体系的激发是固体激发和气体激发的双重结果。而Cu-CH_2Cl_2体系只是通过加热基片的热化学过程，因此前者的反应速度快，阈值低。XeCl_2准分子激光器的波长为308.0nm，这是研究化学反应较理想的波长，Cl_2在这个波长下可有更多分解为自由基，我们用XeCl_2准分子激光器研究了能量密度和气体压强对Al-Cl_2和Au-Cl_2体系的刻蚀速率的影响，对比了金属消融和化学刻蚀的差异，进一步说明了化学刻蚀的性能与激光能量密度，激光波长和工作气体压强有很大关系，并且还与聚焦等因素有关。