بخشی از مقاله
چکیده
اگر لیزر کانونیUV در مجاورت گاز SF6 بر سطح سیلیکون بتابد و نقطه کانونی در نزدیکی سطح باشد به علت جذب بالاي سیلکون در طول موجهاي UV با پدیده ذوب سطحی و همزمان با آن پدیده تشدید امواج سطحی مواجه هستیم. ظاهرا به همین علت است که بر سطح سیلیکون میکروساختاري با شکل منظم و عنصر تکراري مخروط ایجاد می گردد. در خواص هندسی عناصر تشکیل دهنده میکروساختار منظم خود انگیخته فشار گاز SF6 نقش اساسی ایفا می کند در این مقاله این نقش به صورت تجربی و نیز با ارائه مدلی مناسب به صورت نظري مورد بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
تابش پرتوهاي کانونی لیزراگزایمر ArF برسطح سیلیکون در مجاورت گاز SF6 بر سطح سیلیکون میکروساختار خودانگیخته منظمی ایجاد می کند]١.[ در مدلی که قبلا توسط این گروه ارائه گردیده است علت اصلی این پدیده ذوب سطحی سیلیکون و ایجاد الگوي تشدید امواج سطحی بر سطح آن معرفی گردیده است
در فرآیند ایجاد میکروساختار منظم بر سطح سیلیکون فشار گاز نقشی اساسی در ایجاد این میکروساختار داشته به طوري که در برخی از فشارها میکروساختار یاد شده تشکیل نمی گردد. در این گزارش با استفاده از نتایج تجربی به دست آمده مدلی بر اساس حرکت لایه اي شاره نیوتونی در لوله ارائه نموده ایم که تا حد رضایت بخشی توجیه کننده چگونگی این فشاربستگی فرآیند است.
آزمایشها و شرح نتایج
به منظور تابش دهی نمونه سیلیکونی در مجاورت گاز SF6 چیدمان نمایش داده در شکل - - 1 مورد استفاده قرار گرفت.
شکل : سامانه آزمایشگاهی.
همچنانکه مشاهده می شود سامانه آزمایشگاهی شامل لیزرهاي اگزایمر ArF ، سلول پرتو دهی چهار پنجره اي، سیستم خلا بالا، ابزار اندازه گیري خلا، شیر سوزنی، جابجا کننده XYZ، رابط مکانیکی ، عدسی کانونی کننده و ابزار اندازه گیري کننده پهنا و انرژي تپ لیزر می باشد.
سلول تابشدهی به گونه اي به کار گرفته شده که امکان تابشدهی سطح هدف سیلیکونی در صفحه عمود بر امتداد پرتو لیزر فراهم گردد. یک پنجره از جنس CaF2 با پوشش ضد بازتاب جهت ورود پرتوهاي لیزر بر روي سلوله تعبیه شد تا پرتو هاي لیزر با کمترین جذب وارد سلول شود. بقیه پنجره ها نیز جهت مشاهده و کنترل فرآیند از جنس شیشه معمولی انتخاب شده است.
تغییر تدریجی مورفولوژي سطحی سیلیکون پرتودهی شده با میزان ثابت4 kJ/cm 2 در فشارهاي متفاوت گاز SF6 و چگونگی روند تکاملی تشکیل میکروساختار بر سطح سیلیکون در این شرایط درشکل - 2 - نشان داده شده است. هندسه میکروساختار ایجاد شده بر سطح سیلیکون قویا به فشار گاز SF6 بستگی دارد.
شکل - - 2 روند تکاملی ایجاد میکروساختار بر سطح سیلیکون بر حسب فشار گاز SF6 با میزان پرتودهی ثابت 4 kJ/cm 2، - a - خلا، 200 - b - ، 400 - c - ، - d - 500، 800 - e - و .1000 mbar - f -
شکل - 3 - نمودار تغییر ارتفاع مخروطها و شکل - 4 - روند تغییرات قطر مخروطها بر حسب فشار گاز SF6 را نشان می دهند.
شکل - 3 - تغییرات ارتفاع مخروطها بر حسب فشار گاز . SF 6
شکل - 4 - تغییرات قطر مخروطها بر حسب فشار گاز .SF6
با استفاده از مقادیر تجربی به دست آمده شکل - 5 - ترسیم گردیده که نمایشگر تغییرات ارتفاع به قطر میکرو مخروطها بر حسب فشار گاز SF6 است. منحنی برازش داده شده بر این داده هاي تجربی یک خط راست است که علت استفاده از این برازش در قسمت نظري شرح داده می شود.
شکل - 5 - نسبت ارتفاع به قطر میکرومخروطها بر حسب فشار گاز. SF 6
همان طور که مشخص است در فشار هاي نزدیک 2 bar نسبت ارتفاع به قطر میکرومخروطها صفر شده و عملا میکروساختار تشکیل نمی شود.
نظریه
چنانچه شاره اي نیوتونی میان لوله اي دایروي به شعاع r0 حرکت کند سرعت آن همواره موازي محور لوله خواهد بود. اگر در لوله اي به طول L اختلاف فشار میان دو انتهاي لوله P باشد - شکل - 6 با فرض آن که محور y محور لوله باشد سرعت شاره را می توان به صورت زیر نوشت :
که در آن σ و r به ترتیب نشان دهنده ویسکوزیته شاره و فاصله شعاعی از محور لوله هستند.از این رابطه استنباط می شود که سرعت بیشینه شاره در r = 0 اتفاق می افتد
