[发明专利]一种激光辅助清除基体表面纳米颗粒的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光辅助清除硅晶片等基体表面纳米颗粒的方法和装置，特指一种利用激光聚焦将空气介电击穿形成急剧膨胀的等离子体，等离子体周围空气被快速压缩成为较强的冲击波阵面而直接作用于基体表面使纳米颗粒受到力或滚动力矩的作用与晶片或光掩模等基体分离的方法和装置，该方法和装置尤其适用于去除基体表面100 nm及更小尺寸的颗粒。

背景技术

基体表面纳米颗粒的去除是微型机械、精密光学、微电子、半导体等高新技术中的关键问题，纳米颗粒会使微型机械表面产生划痕甚至裂纹等致命损伤，极大降低精密光学设备的分辨率，造成微型高密度存储设备、超大规模集成电路短路或性能大大降低，是微型机械、精密光学、半导体、微电子等高新技术中需要迫切解决的问题；随着微电子设备和半导体尺寸越来越小，去除100 nm及更小尺寸的颗粒正在成为一种新的技术挑战，颗粒越来越小使得去除变得非常困难，常规去除方法如化学清洗、超声清洗和机械洗刷等，显得力不从心；同时，化学清洗、超声清洗等容易腐蚀和二次污染，且浪费资源和污染环境；机械洗刷容易损伤基体表面。

脉冲激光束在凸透镜的聚焦作用下可以使凸透镜焦点处能量密度及局部温度急剧上升导致空气介电击穿形成快速膨胀的等离子体，等离子体周围空气被压缩而成为强冲击波阵面，冲击波阵面直接作用于硅晶片或光刻掩模等基体表面使纳米颗粒受到力或滚动力矩的作用与基体分离，基于激光聚焦形成等离子体膨胀来清除硅晶片等基体表面纳米颗粒，因其可以保证纳米颗粒清除过程环境干燥且作用力为非接触力，是可以在避免污染及损伤前提下能快速清除100 nm及更小尺寸纳米颗粒的有效方法。

发明内容

本发明针对常规纳米颗粒清除方法中存在的容易损坏及污染基体和100nm及更小尺寸颗粒较难清除的问题，提出一种激光辅助清除基体表面纳米颗粒的方法和装置。

一种激光辅助清除基体表面纳米颗粒的方法，通过凸透镜将脉冲激光束聚焦于凸透镜焦点，焦点处能量密度及温度急剧上升使空气介电击穿产生快速膨胀的等离子体，等离子体迅速压缩周围空气使之作为强冲击波阵面直接作用于硅晶片等基体表面，使纳米颗粒受到力或滚动力矩作用克服纳米颗粒与基体之间的粘合力与基体分离，从而达到清除基体表面纳米颗粒的目的；利用该方法可有效实现硅晶片等基体表面纳米颗粒尤其是100 nm及更小尺寸纳米颗粒的清除，并且不会对基体造成损伤和污染。

本发明提供了激光辅助清除基体表面纳米颗粒的装置，包括计算机控制装置、Nd：YAG脉冲激光器、凸透镜、三轴微动控制平台和监测装置；凸透镜用来使脉冲激光束聚焦于焦点使空气电介击穿产生急剧膨胀的等离子体；计算机控制装置控制Nd：YAG脉冲激光器和三轴微动控制平台，通过控制三轴微动控制平台控制基体移动，按区域分片清除基体表面纳米颗粒，直到整个基体目标表面区域纳米颗粒清除完成；监测装置监测基体表面纳米颗粒的数量和大小、基体上表面与等离子体的相对位置、基体上表面与凸透镜焦点的垂直距离、等离子体急剧膨胀形成的强冲击波阵面到达基体表面的压力值，作为用来控制三轴微动控制平台和调节Nd：YAG脉冲激光器的工艺参数的依据，监测装置测得数据反馈至计算机控制装置。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种激光辅助清除基体表面纳米颗粒清除的方法，其包括以下步骤：

(1) 将需进行颗粒清除的基体固定在三轴微动控制平台上；

(2) 调节三轴微动控制平台垂直移动使基体上表面到凸透镜焦点的垂直距离为1-2 mm；调节三轴微动控制平台左右前后移动使基体表面位于即将产生的等离子体的(即激光束聚焦位置)正下方；

(3) 发射脉冲激光束穿透凸透镜于透镜焦点聚焦，焦点处空气被介电击穿形成急剧膨胀的等离子体使周围空气被迅速压缩而成为强冲击波阵面，强冲击波阵面直接作用于基体表面使纳米颗粒受到力或滚动力矩的作用与基体分离。

本发明原理的创新在于利用激光聚焦产生的等离子体急剧膨胀压缩空气形成的强冲击波阵面作为清除纳米颗粒的力源，使得纳米颗粒克服和基体之间的粘合力与基体分离,由于本方法实施于干燥环境中且实施过程中与基体表面及无直接接触，避免了常规清除手段所带来的基体损伤及污染，尤其可以在避免污染及损伤前提下有效实现100 nm及更小尺寸纳米颗粒的清除，是一种全新的纳米颗粒清除方法。

所述的一种激光辅助清除基体表面纳米颗粒的方法，其特征在于：所述基体包括硅晶片和光刻掩模基体。