非晶熔石英表面等离子体刻蚀过程中的表面晶化研究

王锋; 吴卫东; 蒋晓东; 唐永建

doi:10.7498/aps.61.024206

摘要

本工作采用电子回旋共振(ECR)低压等离子体刻蚀技术, 刻蚀非晶熔石英表面. Ar/CF4为反应气体刻蚀后再经O等离子体钝化, 非晶熔石英表面出现晶化现象. 晶化层约几百纳米厚. Ar/CF4在ECR的电磁场作用下产生F离子与C离子, F离子使熔石英表面的Si-O共价键断裂, 并释放出O离子. C离子与O离子迅速键合生成CO2, 而被断键的Si原子与四个F原子键合生成气态SiF4. 熔石英原始表面被去除的同时, 在新的表面留下大量不饱和Si原子. 不饱和Si原子在高温条件下被O等离子钝化, 形成结晶态方石英.

关键词:

Abstract

After low pressure fluorine plasma ecthing and oxygen ion passivation, a crystallized layer composed of SiO2 nano-crystal grains is observed in an amorphous fused silica surface. The depth of crystallized layer is at least several hundreds nanometers. Fluorine and carbon ion are generated from Ar/CF4 by the method of electron cyclotron resonance (ECR). F ion breaks Si-O band of initial silica surface layer and releases O ion. Carbon ion combines with oxygen ion, and turns into CO2, and SiF4 is generated from fluorine and silicon. After initial surface layer is removed, unsaturated Si atom remains. Si dangling bond recombines with new O ion and then creates crystallized -cristobalite nano-crystal grains under a high temperature.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900;

2.
重庆交通大学理学院, 重庆 400074

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 20903083)和中国工程物理研究院发展基金(批准号: 2010B0401056)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Centre of Laser Fusion Research of CAEP, Mianyang 621900, China;

2.
School of Science, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No. 20903083), and the Developing Foundation of CAEP of China (Grant No. 2010B0401056).

参考文献

[1]	Campbell J H, Hawley-Fedder R A, Stolz C J, Menapace J A, Borden M R, Whitman P K, Yu J, Runkel M J, Riley M O, Feit M D, Hackel R P 2004 Proc. SPIE 5341 84
[2]	Hua J R, Zu X T, Li L, Xiang X, Chen M, Jiang X D, Yuan X D, Zheng W G 2010 Acta Phys. Sin. 59 2519 (in Chinese) [花金荣, 祖小涛, 李莉, 向霞, 陈猛, 蒋晓东, 袁晓东, 郑万国 2010 59 2519]
[3]	Huang J, Jiang X D, Liu H J, Lv H B,Wang H J, Yuan X D, Zheng WG 2010 Acta Phys. Sin. 59 4677 (in Chinese) [黄进, 蒋晓东, 刘红婕, 吕海兵, 王海军, 袁晓东, 郑万国 2010 59 4677]
[4]	Wang F R, Huang J, Liu H J, Zhou X D,Jiang X D, Wu W D, Zheng W G 2010 Acta Phys. Sin. 59 5122 (in Chinese) [王凤蕊, 黄进, 刘红婕, 周信达, 蒋晓东, 吴卫东, 郑万国 2010 59 5122]
[5]	Liang F, Sun Q, Gingras D, Vallée R, Chin S R 2010 Appl. Phys. Lett. 96 101903
[6]	Ferris K F, Chick L A, Exarhos G J, Risser S M 1998 Proc. SPIE 3244 142
[7]	Genin F Y, Stolz C J 1996 Proc. SPIE 2870 439
[8]	Kozlowski M R, Tench R J, Chow R, Sheehan L M 1994 Proc. SPIE 2253 743
[9]	Trnch R J, Kozlowski M R, Chow R 1994 Proc. SPIE 2253 596
[10]	Kozlowski M R, Carr J, Hutcheon I, Torres R, Sheehan L, Camp D, Yan M 1998 Proc. SPIE 3244 365
[11]	Brusasco R M, Penetrante B M, Peterson J E, Maricle S M, Menapace J A 2002 Proc. SPIE 4679 48
[12]	Genin F Y, Stolz C J, Kozlowski M R 1997 Proc. SPIE 2966 273
[13]	Fanara C, Shore P, Nicholls J R, Lyford N, Sommer P, Fiske P 2006 Proc. SPIE 6273 62730A
[14]	Suzuki K, Okudaira S, Sakudo N, Kanomata I 1977 Jpn. J. Appl. Phys. 16) 1979
[15]	Geller R 1976 IEEE. Trans. Nucl. Sci. NS-23 904
[16]	Sakudo N, Tokiguchi K, Koike H, Kanomata I 1977 Rev. Sci. Instrum 48 762
[17]	Keskar N R, Chelikowsky J R 1992 Phys. Rev. B 46 1
[18]	Cartry G, Magne L, Cernogora G 2000 J. Phys. D Appl. Phys. 33 1303

施引文献

[1]	Campbell J H, Hawley-Fedder R A, Stolz C J, Menapace J A, Borden M R, Whitman P K, Yu J, Runkel M J, Riley M O, Feit M D, Hackel R P 2004 Proc. SPIE 5341 84
[2]	Hua J R, Zu X T, Li L, Xiang X, Chen M, Jiang X D, Yuan X D, Zheng W G 2010 Acta Phys. Sin. 59 2519 (in Chinese) [花金荣, 祖小涛, 李莉, 向霞, 陈猛, 蒋晓东, 袁晓东, 郑万国 2010 59 2519]
[3]	Huang J, Jiang X D, Liu H J, Lv H B,Wang H J, Yuan X D, Zheng WG 2010 Acta Phys. Sin. 59 4677 (in Chinese) [黄进, 蒋晓东, 刘红婕, 吕海兵, 王海军, 袁晓东, 郑万国 2010 59 4677]
[4]	Wang F R, Huang J, Liu H J, Zhou X D,Jiang X D, Wu W D, Zheng W G 2010 Acta Phys. Sin. 59 5122 (in Chinese) [王凤蕊, 黄进, 刘红婕, 周信达, 蒋晓东, 吴卫东, 郑万国 2010 59 5122]
[5]	Liang F, Sun Q, Gingras D, Vallée R, Chin S R 2010 Appl. Phys. Lett. 96 101903
[6]	Ferris K F, Chick L A, Exarhos G J, Risser S M 1998 Proc. SPIE 3244 142
[7]	Genin F Y, Stolz C J 1996 Proc. SPIE 2870 439
[8]	Kozlowski M R, Tench R J, Chow R, Sheehan L M 1994 Proc. SPIE 2253 743
[9]	Trnch R J, Kozlowski M R, Chow R 1994 Proc. SPIE 2253 596
[10]	Kozlowski M R, Carr J, Hutcheon I, Torres R, Sheehan L, Camp D, Yan M 1998 Proc. SPIE 3244 365
[11]	Brusasco R M, Penetrante B M, Peterson J E, Maricle S M, Menapace J A 2002 Proc. SPIE 4679 48
[12]	Genin F Y, Stolz C J, Kozlowski M R 1997 Proc. SPIE 2966 273
[13]	Fanara C, Shore P, Nicholls J R, Lyford N, Sommer P, Fiske P 2006 Proc. SPIE 6273 62730A
[14]	Suzuki K, Okudaira S, Sakudo N, Kanomata I 1977 Jpn. J. Appl. Phys. 16) 1979
[15]	Geller R 1976 IEEE. Trans. Nucl. Sci. NS-23 904
[16]	Sakudo N, Tokiguchi K, Koike H, Kanomata I 1977 Rev. Sci. Instrum 48 762
[17]	Keskar N R, Chelikowsky J R 1992 Phys. Rev. B 46 1
[18]	Cartry G, Magne L, Cernogora G 2000 J. Phys. D Appl. Phys. 33 1303

[1]	韩伟, 冯斌, 郑奎兴, 朱启华, 郑万国, 巩马理. 高功率激光装置熔石英紫外损伤增长研究. , 2016, 65(24): 246102. doi: 10.7498/aps.65.246102
[2]	章春来, 王治国, 向霞, 刘春明, 李莉, 袁晓东, 贺少勃, 祖小涛. 熔石英后表面坑点型划痕对光场调制的近场模拟. , 2012, 61(11): 114210. doi: 10.7498/aps.61.114210
[3]	李熙斌, 袁晓东, 贺少勃, 吕海兵, 王海军, 向霞, 郑万国. 激光钝化对熔石英修复后损伤性能影响的实验研究. , 2012, 61(6): 064401. doi: 10.7498/aps.61.064401
[4]	李世雄, 白忠臣, 黄政, 张欣, 秦水介, 毛文雪. 激光诱导等离子体加工石英微通道机理研究. , 2012, 61(11): 115201. doi: 10.7498/aps.61.115201
[5]	刘红婕, 周信达, 黄进, 王凤蕊, 蒋晓东, 黄竞, 吴卫东, 郑万国. 355 nm纳秒紫外激光辐照下熔石英前后表面损伤的对比研究. , 2011, 60(6): 065202. doi: 10.7498/aps.60.065202
[6]	花金荣, 李莉, 向霞, 祖小涛. 熔石英亚表面杂质颗粒附近光场调制的三维模拟. , 2011, 60(4): 044206. doi: 10.7498/aps.60.044206
[7]	马颖. 非晶态石英的变电荷分子动力学模拟. , 2011, 60(2): 026101. doi: 10.7498/aps.60.026101
[8]	黄进, 蒋晓东, 刘红婕, 吕海兵, 王海军, 袁晓东, 郑万国. 真空环境中紫外脉冲激光对熔石英抗损伤能力的影响. , 2010, 59(7): 4677-4681. doi: 10.7498/aps.59.4677
[9]	花金荣, 祖小涛, 李莉, 向霞, 陈猛, 蒋晓东, 袁晓东, 郑万国. 熔石英亚表面三维Hertz锥形划痕附近光强分布的数值模拟. , 2010, 59(4): 2519-2524. doi: 10.7498/aps.59.2519
[10]	刘红婕, 黄进, 王凤蕊, 周信达, 蒋晓东, 吴卫东. 熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究. , 2010, 59(2): 1308-1313. doi: 10.7498/aps.59.1308
[11]	王凤蕊, 黄进, 刘红婕, 周信达, 蒋晓东, 吴卫东, 郑万国. 激光诱导HF酸刻蚀后熔石英后表面划痕的损伤行为研究. , 2010, 59(7): 5122-5127. doi: 10.7498/aps.59.5122
[12]	汪莎, 陈军, 童立新, 高清松, 刘崇, 唐淳. 熔石英棒-光纤构成的新型复合相位共轭镜的实验和理论研究. , 2008, 57(3): 1719-1724. doi: 10.7498/aps.57.1719
[13]	宁兆元, 程珊华. 非晶含氢碳膜的氧等离子体刻蚀性能研究. , 1999, 48(10): 1950-1956. doi: 10.7498/aps.48.1950
[14]	周先意, 赵勇, 张其瑞, 刘治国. 非晶态超导合金Zr87.7Si12.3中结构弛豫和结晶化对超导. , 1989, 38(5): 853-858. doi: 10.7498/aps.38.853
[15]	崔万秋, 尹健, 周晶, 何卓然. 非晶态离子导体的阻抗谱. , 1988, 37(4): 538-545. doi: 10.7498/aps.37.538
[16]	南策文, 王乐. 晶态-非晶态复合锂离子导体的电学性质. , 1988, 37(5): 782-788. doi: 10.7498/aps.37.782
[17]	丁屹；吴昆裕；俞文海. 非晶态快离子导体电导特性的低频弛豫理论. , 1987, 36(8): 1087-1092. doi: 10.7498/aps.36.1087
[18]	崔万秋, 张健, 袁萍, 王国梅, 恽怀顺. LiF-LiCl-B2O3系统非晶态快离子导体结构的研究. , 1986, 35(4): 497-504. doi: 10.7498/aps.35.497
[19]	王刚, 李子荣, 陈立泉, 王连忠. 非晶态离子导体Li2B2O4的核磁共振研究. , 1983, 32(8): 1104-1108. doi: 10.7498/aps.32.1104
[20]	王积方, 李华丽, 唐汝明, 查济璇, 何寿安. 熔石英的弹性模量和超声状态方程. , 1982, 31(10): 1423-1430. doi: 10.7498/aps.31.1423

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