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等离子体清洗过程对硅表面微纳粒子除去机理研究

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发布时间：

2021-04-10

等离子体清洗过程对硅表面微纳粒子除去机理研究：
元器件表面的微纳米杂质粒子对微纳制造、光电器件研制及应用等都具有很大的危害性，所以对其有效去除方法的研究有实际应用价值。对微纳米粒子的去除，使用传统清洗方式效果不佳，难以满足要求。

诚峰智造等离子体清洗
等离子体清洗作为一种新型清洗技术，具有去除能力强、效果好、非接触以及易于操作等优势，具有广泛的应用前景。等离子体清洗过程包含许多复杂的物理过程，如等离子体的产生、沉积能量的累积等，都会对微粒产生作用，也将直接影响去除效果。在硅基底表面分布着直径为十几纳米到2纳米不等的微粒，这些微粒在等离子体作用下，除极小的纳米微粒外，基本都被去除。
等离子体冲击波去除微纳粒子的效果非常明显，直径在0.5μm以上的微粒去除比较彻底，而小于此粒径的微粒基本去除原有数量的50%左右。等离子体辐射光谱由连续光谱与叠加其上的线状谱线组成，光谱范围很宽，从紫外一直扩展到近红外，但主要集中在可见光范围。宽谱光辐射有助于增强基底表面微粒对等离子体辐照能量的有效吸收。
等离子体的产生、扩散以及自身的特征都会对基底表面的微粒产生作用，直接影响到去除效果。可以说，微粒去除的物理过程与等离子体的特征密不可分。击穿电离产生的自由电子有两个主要过程：一个是过程是多光子电离，主要是基于多光子电离效应使得空气的自由电子密度得到少量增加，这些自由电子可以作为种子电子为后续大量自由电子的产生奠定基础。
第二过程是自由电子密度增加到一定程度时，通过吸收效应对后续脉冲能量进行强烈的吸收，从而使得自由电子密度得到极大的增长，这是雪崩电离阶段。在这个过程中，空气的自由电子密度高，大部分脉冲能量被吸收沉积，透过量极少。如此高密度的等离子体在短时间内集中沉积了大部分的脉冲能量，所以具备了高温高压特性。
等离子体可以看作是与微粒之间的热量传输中介，可以有效地将脉冲能量传递给微粒。微粒和基底的材料不同、形状和大小不同，会引起对等离子体辐照的吸收也不同，进而产生不同的温差和相应的膨胀应力差，这就会使得微粒与基底更易于分离。微粒的有效去除是等离子体综合作用的结果，其中微粒对等离子体的辐射光吸收而引起的热膨胀效应，会在微粒与基底之间产生应力差，使微粒更易于去除。
但这种应力差一般会小于微粒与基底之间黏附力范德华力，且应力消失后，微粒依然附着在基底上，所以很难实现有效去除。而在等离子体的作用下，微粒则可以实现与基底的有效剥离，从达到清洗基底的目的。等离子体处理才是微粒去除的主要原因。利用等离子体可以对精密元件表面的杂质微粒进行有效去除，主要是基于等离子体的宽谱辐照效应和冲击波效应。
将脉冲能量有效传递给基底材料以及表面的杂质微粒，由于基底和微粒的热膨胀程度不同从而使两者产生剥离。等离子体处理产生的巨大冲击力，会进一步克服微粒与基底表面的吸附力而实现杂质微粒的完全去除。在实际的杂质微粒去除过程中，要通过控制对元件表面和焦点之间的距离，使等离子体冲击波的应力保持在小于材料的断裂且大于微粒的剥离力这个范围内，来实现对表面杂质微粒有效去除。