1 南京工业职业技术大学机械工程学院, 南京 210000
2 东南大学机械工程学院, 南京 210000
本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题, 构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系, 提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF), 明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系, 构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论,从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因, 能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明, Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。
单晶硅 湿法刻蚀 表层形貌 晶面 各向异性 活性剂 蒙特卡罗 仿真 mono-crystalline silicon wet etching surface morphology crystal plane anisotropy surfactant Monte Carlo simulation
1 重庆大学 物理学院，重庆 400044
2 重庆京东方光电科技有限公司，重庆 400700
3 北京京东方显示技术有限公司，北京 100176
在薄膜晶体管（Thin film transistor，TFT）的栅极（Gate）刻蚀制程中，显示区（AA区）和引线区（Fanout区）因布线密度差异而存在刻蚀负载效应，两区域刻蚀程度差异大，刻蚀时间难以确定。抑制栅极刻蚀制程中的刻蚀负载效应，对品质确保具有积极意义。本文分析了湿法刻蚀微观过程，提出增加刻蚀液喷淋流量抑制刻蚀负载效应的方案。将增加喷淋流量的方案转化为调节3个刻蚀腔室（Etch1~Etch3）的刻蚀时间比例。在总刻蚀时间不变的前提下，进行3腔室不同时间比例的刻蚀验证，并对刻蚀结果进行聚类分析。最后，优选出抑制刻蚀负载效应的时间比例，并结合神经网络分析，对结果进行解析。实验结果表明，降低Etch3时间比例，增加Etch2时间比例，刻蚀负载效应可以被抑制。Etch1~Etch3的时间比例由33.33%∶33.33%∶33.33%调整为10%∶80%∶10%，AA区和fanout区刻蚀程度差异由0.575 μm下降为0.317 μm。通过调节3个刻蚀区间的时间比例，可以抑制刻蚀负载效应，缓解不同区域刻蚀程度差异，满足TFT量产需求。
栅极 湿法刻蚀 负载效应 聚类分析 神经网络 gate electrodes wet etch loading effect cluster analysis neural networks
1 南京工业职业技术大学机械工程学院, 南京 210000
2 东南大学机械工程学院, 南京 210000
当前蓝宝石各向异性刻蚀规律还没有获得完整揭示, 其刻蚀微结构演化过程和形貌结构很难实现准确预测和控制, 给蓝宝石衬底图案化结构加工成型和质量控制带来很大的挑战。本研究基于蓝宝石全晶面刻蚀速率实验数据, 详细分析了其微结构刻蚀成型过程和刻蚀机理, 并对比分析了刻蚀条件对蓝宝石刻蚀微结构和表面形貌的影响规律, 实验结果表明: 适当提高刻蚀温度可以提高刻蚀效率, 但会引起表面质量的下降; 以磷酸为代表的弱电解质类作为刻蚀缓冲剂能够有效提高刻蚀结构面质量; (275±10) ℃, 98%H2SO4∶85%H3PO4(体积配比)=3∶1刻蚀溶液可以获得最优的刻蚀速率和表面质量。
蓝宝石 湿法刻蚀 各向异性 刻蚀条件 刻蚀机理 表面形貌 sapphire wet etching anisotropic etching condition etching mechanism surface morphology
1 江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
湿法刻蚀技术作为中阶梯光栅的主要制备方法之一，具有制造成本低、周期短、杂光少、所制作光栅的闪耀角误差小等优点。为解决某高分辨率光谱仪在近红外波段（800~1100 nm）的分光需求，尝试选择70.52°槽顶角的湿法刻蚀硅中阶梯光栅来代替90°槽顶角的传统中阶梯光栅。依据（100）硅光栅的结构特点以及光学设计给出的光栅工作条件，利用有限元数值计算法求解电磁场分布，理论分析了硅中阶梯光栅在工作波段内多个级次的衍射特性。在此基础上，利用紫外光刻-湿法刻蚀技术，在单晶硅基底上制作了槽密度为42 lp/mm、闪耀角为54.74°、有效面积超过46 mm×28 mm的对称V形槽光栅，并根据制备实验结果分析讨论了工艺过程中硅光栅质量的重要影响因素。测试结果表明，该光栅在各工作级次对应闪耀波长下的衍射效率均在45%~55%范围内，满足指标要求。
光栅 中阶梯光栅 硅光栅 紫外光刻 湿法刻蚀 衍射效率 光学学报
2023, 43(13): 1305001
1 清华大学 精密仪器系, 北京 100083
2 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
3 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
作为最基本的微光学元件, 微透镜在多个领域都有非常广泛的潜在应用, 然而常见的面向透明硬脆材料微透镜的制备方法效率低下, 且对作业环境的要求较高, 极大地限制了透明硬脆材料微透镜阵列的大面积制备。空间光调制器作为一种对光场进行调制的设备, 可以方便地实现多焦点或者结构化的光场, 在光通讯、激光加工等领域具有重要的应用潜力。本文介绍了利用飞秒激光烧蚀结合湿法刻蚀制备硬脆材料微透镜阵列的基本方法, 并系统地分析了影响所制备微透镜形貌的关键因素。通过在加工过程中对聚焦光斑的数量和位置进行精细调控, 极大地提高了透明硬脆材料微透镜阵列的加工效率, 且可以在加工过程中动态地调整飞秒激光烧蚀改性的形貌, 从而实现不同尺寸微透镜阵列的高速制备, 展现了空间光场调制技术在微光子集成芯片加工领域的应用前景。
飞秒激光 湿法刻蚀 空间光场调制 微透镜阵列 femtosecond laser wet etching spatial light modulation microlens
1 广东省科学院中乌焊接研究所 中国-乌克兰材料连接与先进制造“一带一路”联合实验室 广东省现代焊接技术重点实验室， 广州50650
2 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室， 长春13001
利用飞秒激光辅助刻蚀技术，在蓝宝石表面实现了周期、占空比及高度可调的光栅结构。解决了飞秒激光加工硬脆材料时表面质量较差、碎屑堆积导致的加工精度降低和难以制备深结构的问题。蓝宝石光栅结构的粗糙度从78 nm（激光直写后）降低到了7 nm（干法刻蚀后），实现了周期为800 nm光栅，以及深宽比为4的蓝宝石微结构的制备。飞秒激光辅助刻蚀技术能够制备蓝宝石表面高平滑光栅，并对光栅各级次衍射效率进行提升。
飞秒激光 蓝宝石 湿法刻蚀 干法刻蚀 光栅 Femtosecond laser Sapphire Wet etching Dry etching Grating
1 重庆京东方光电科技有限公司, 重庆 400700
2 重庆大学 物理学院, 重庆 400044
3 中国科学院大学 重庆学院, 重庆 400714
ITO刻蚀产线由刻蚀设备、中央药液供给系统(Chemical central Supply System, CCSS)、刻蚀液管理系统(Etchant Management System, EMS)3大组件构成。明确组件之间的相互作用, 确认相互作用对刻蚀液浓度的影响, 进而管控刻蚀, 对ITO刻蚀制程至关重要。本文结合重庆京东方ITO刻蚀产线, 探究不同生产模式下刻蚀液各组分浓度的变化, 结合回归分析、因果链和统计方法分析了各成分浓度变化的原因, 并确认刻蚀液浓度变化对刻蚀程度的影响。实验结果表明: 仅CCSS开启, 刻蚀液中酸液浓度增加, 致其刻蚀能力逐渐增强。在CCSS开启的基础上, EMS开启补充水和硝酸功能, 可以保持刻蚀液浓度稳定, 进而延长刻蚀液的使用时间。但是, 在CCSS和EMS补给均开启的模式下, 刻蚀液浓度在初期波动, 然后逐步趋于稳定, 且在浓度波动期间会有一个硝酸浓度偏高的区域, 此区域的刻蚀能力强。该研究为ITO刻蚀液使用时间延长、产品良率提升提供了参考。
薄膜晶体管 湿法刻蚀 ITO刻蚀液 浓度变化 ITO电极 thin film transistor wet etch ITO etchant concentration change ITO electrode
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 重庆大学机械工程学院，重庆 400044
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
熔石英光学元件经过精密加工后亚表面存在大量缺陷，这些缺陷在强激光辐照下易引发激光诱导损伤，威胁熔石英元件在紫外激光（351 nm/355 nm）辐照下的正常运行。在湿法刻蚀工艺中，刻蚀液与熔石英材料发生化学反应，钝化亚表面结构裂纹，去除污染杂质，从而降低缺陷对损伤的影响，提高元件抗激光损伤性能。分析了熔石英光学元件的损伤机理，介绍了强酸沥滤、氢氟酸基刻蚀技术及其他湿法刻蚀技术的进展情况，比较了湿法刻蚀中不同刻蚀参数对元件抗激光损伤阈值的影响，总结了该领域的研究现状并对今后的发展趋势进行了展望。
材料 熔石英 光学元件 湿法刻蚀 抗激光损伤性能 激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516026
微透镜阵列是重要的微光学元件，其以良好的成像性能以及小型化、轻型化的优点，被广泛应用于光通信、光信号处理、波前传感、光场调控、数据存储、医学诊断等领域。飞秒激光加工技术具有可控度高、灵活性好、无需掩模、加工精度高等优势，成为近年来微透镜阵列的重要加工方式。本文综述了微透镜阵列飞秒激光加工方法的研究进展，包括飞秒激光双光子聚合加工和化学刻蚀辅助飞秒激光烧蚀加工，介绍了微透镜阵列的应用，分析了制备微透镜阵列的飞秒激光加工方法存在的问题和发展趋势。
激光光学 飞秒激光 微透镜阵列 双光子聚合 激光烧蚀 湿法刻蚀 干法刻蚀 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0500005
