[实用新型]一种射流激光复合清洗系统

说明书

本实用新型为一种射流激光复合清洗系统，本清洗系统包括空化射流装置、激光清洗装置；激光束和空化射流的中心线共面异轴，空化射流于工件表面产生水膜，激光束聚焦于水膜内与工件表面保持距离，空化射流冲击工件基材表面，产生水膜、水膜空化泡破溃冲击清洗基材表面，同时激光聚焦于水膜内，水膜在超热状态爆发沸腾、剧烈汽化，产生蒸汽泡冲击基材表面，延长空化射流的有效作用时间。激光束和空化射流协同作用于工作台上的工件表面进行清洗，效果明显优于现有清洗技术，可清除工件表面直径大于50nm的固体颗粒，满足晶圆基材表面加工要求。

技术领域

本实用新型涉及射流清洗技术，具体为采用空化射流的一种射流激光复合清洗系统。

背景技术

随着高精度半导体行业的飞速发展，对制作集成电路的硅电晶片——晶圆的要求不断提高。晶圆表面附着的颗粒会遮蔽光刻工艺的光线，造成电路加工形貌的偏差。为解决晶圆表面清洗问题，化学清洗技术、气流水流清洗技术均在不断改进。但随着集成电路向高精度发展，晶圆加工形貌尺寸已减小到微米量级。为达到加工精度，要求晶圆表面附着的固体颗粒最大尺寸为加工特征尺寸的1/10到1/4，即允许晶圆表面剩余的粘附颗粒最大尺寸为纳米量级，意味着硅晶圆基材清洗时其表面的亚微米及以上尺寸的颗粒均需要清除掉。但是目前的化学方法、气体射流或液体射流尚无法有效地清除附着于晶圆表面直径一微米以下的固体颗粒。因为当附着的固体颗粒直径减小时，其粘结力并不会随颗粒直径减小同步降低，而常规清洗方法对小颗粒的清洗力却急剧衰减。

清洗力较强的湿法清洗技术需要化学药品，这可能对材料引入污染。

激光的干清洗技术，因晶圆表面的固体颗粒会改变激光的光通量在颗粒周围的分布，激光干法清洗会造成晶圆表面损伤。

传统水蒸气辅助激光清洗，在晶圆表面产生水膜，在激光作用下水膜超热状态下发生爆发式沸腾、汽化，该过程中蒸汽泡使颗粒脱离、溅射，达到清洗的目的。该方法的通常将工件置于加湿的环境下，通过毛细现象沉积水膜，或者通过蒸汽喷淋在晶圆表面生成水膜。为了避免清洗过程溅射的颗粒在重力作用下掉落再次污染清洗区域，需要将工件的加工面倒置，从晶圆表面下部向上清洗其表面。工件夹装不便，清洗也不便。

总之，现有的晶圆基材清洗设施面临着清洗力受限、存在二次污染、工件清洗装夹不便的问题，无法胜任晶圆表面高要求的清洗。急需一种高清洗力、减少颗粒再次污染，同时便于工件夹装的高效清洗装置，以解决硅晶圆清洗面临的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种射流激光复合清洗系统，包括空化射流装置、激光清洗装置；激光束和空化射流的中心线共面异轴，空化射流于工件表面产生水膜，激光束聚焦于水膜内与工件表面保持距离，激光束和空化射流协同作用于工作台上的工件表面。空化射流冲击工件基材表面，产生水膜、水膜空化泡破溃冲击清洗基材表面，同时激光聚焦于水膜内，水膜在超热状态爆发沸腾、剧烈汽化，产生蒸汽泡冲击基材表面，延长空化射流的有效作用时间。此外，经空化喷嘴产生的水膜高速流动，带走清洗区的固体颗粒，达到冲洗的效果。

本实用新型设计的一种射流激光复合清洗系统，包括水箱、射流加压腔、空化射流喷嘴、激光器和工作台，工作台台面为水平面，工件固定于工作台台面。水箱的出水管连接射流加压腔，射流加压腔的出口接有空化射流喷嘴。水箱中的水经射流加压腔加压，高压水流从空化射流喷嘴出射空化射流。激光器产生的激光束的聚焦点处于工件上方的水膜中。

所述空化射流于工件表面产生的水膜厚度d＝0.5mm～2mm，所述激光束的聚焦点处于工件上方的水膜内，激光束的聚焦点与工件表面的距离为 d/3至d/2。

所述激光束的中心线垂直于工作台台面，空化射流的中心线与激光束中心线共面，二者的夹角为10°～45°。

激光器后接光纤激光整形器，对激光器发出的激光束整形，使能量密度达到预定值。