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随着超大规模集成电路的发展,硅片尺寸将不断增大,刻线宽度从亚微米向纳米级发展。基体表面的亚微米级污物足以导致芯片的缺陷产生,因此对半导体硅片表面质量的要求也越来越严格。传统的清洗方法,如RCA清洗、机械刷片清洗、超声波清洗等,或者不能有效的去除微米亚微米级颗粒,或者即使能够去除,但会对基体表面造成一定程度的损伤,同时,大量有毒化学试剂的使用也会对环境造成危害。激光清洗是一种新型的非接触式清洗技术,它具有清洗效率高、可灵活选择清洗区域、无环境污染等优点,在清洗阈值和损伤阈值之间的能量密度范围内,即可满足表面洁净技术的要求,又不破坏硅片表面的原始形貌,是一种非常具有发展潜力及实用价值的清洗技术。 本文通过分析颗粒与基体表面的粘附力形式,建立了激光干法清洗硅片表面颗粒沾污的几何模型,并建立热传导模型,利用有限元分析软件MSC.MarC模拟硅片表面的温度场分布,通过理论计算,量化了颗粒所受到的清洗力以及其与硅片表面之间的粘附力,预测出1μmAl2O3和1μmCeO2颗粒的理论激光清洗阈值分别为60mJ/cm2和50mJ/cm2,而0.5μmAl2O3颗粒的清洗阈值已大于150mJ/cm2。 在理论分析的指导下,利用1064nm、0.5ms的Nd:YAG激光和248nm、30ns的KrF准分子激光进行单因素试验,研究了激光脉宽、能量密度、脉冲个数、激光束入射角度对激光干法清洗结果的影响,验证了清洗机理,得出了KrF准分子激光干法清洗硅片表面1μmAl2O3颗粒的实际清洗阈值和损伤阈值分别为30～40mJ/cm2和320mJ/cm2,0.5μmAl2O3颗粒的清洗和损伤阈值分别为30～40mJ/cm2、300mJ/cm2,1μmCeO2颗粒的清洗阈值为10～20mJ/cm2,而损伤却几乎出现在整个清洗过程。 利用光学显微镜和3D表面形貌仪检测了清洗前后的硅片表面形貌,研究了表面损伤原因,进一步验证了激光干法清洗机理,并发现硅片表面亚损伤状态的存在,虽然表面形貌没有出现明显破坏,但硅片表面粗糙度已经增加。 通过对清洗前后硅片表面光学显微镜照片的分析,利用MATLAB软件图像处理功能,编写了硅片表面激光干法清洗结果的评价程序,用以统计清洗前后硅片表面所选区域的颗粒个数,从而确定激光清洗效率。 本文针对以上内容,在激光清洗机理、参数选择以及结果检测方面进行了系统的研究,论文工作将对这一技术向实用的推广起到积极的作用。