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激光等离子体冲击波与表面吸附颗粒的作用研究

张平  
【摘要】: 激光等离子体冲击波清洗是一项前沿性的表面吸附颗粒清除技术,该技术以清洗定位准确、可重复清洗、适用范围广等潜在优势丰富了干法清洗,为半导体工业加工中的基片、掩模板清洗提供了一种新的途径。本论文从理论和实验两方面对该技术中涉及到的气态介质中激光等离子体冲击波传播特性、颗粒移除机制、微米颗粒的移除实验及基片安全工作距离等作了较为系统深入的研究,取得以下创新性成果: 提出“zig-zag”多光束偏转方法测量激光等离子体冲击波在常压和低压空气介质中的中近场传播;建立了实验装置,在一次实验中获得了同一激光等离子体冲击波的波前传播特性规律,为激光等离子体冲击波清洗颗粒的理论计算和寻找最佳工作压强提供了客观依据。 基于颗粒吸附平面基片的JKR模型,从冲击波与颗粒作用角度出发,改进颗粒滚动模型,得到了基片上颗粒滚动移除的范围;进而针对滚动模型无法解释凹槽中的颗粒移除,提出了颗粒弹出机制,该机制合理解释了基片上吸附颗粒的移除且给出了颗粒弹出所需冲击波的最低阈值。 对吸附有10μm、20μm标准聚苯乙烯颗粒的平面基片进行了清洗实验,发现颗粒清洗中冲击波阈值与弹出模型相对应,并研究了工作距离变化、能量变化、粒径变化对基片表面清洗效果的影响。 针对激光等离子体冲击波清洗过程中的基片宏观和微观破坏,分别通过缩短工作距离和金属探针探测的方法进行了研究,发现了240mJ激光能量下基片宏观安全工作距离应大于0.50mm,并研究了等离子体外射带电粒子空间飞行距离变化规律。 本论文的研究成果为激光等离子体冲击波清洗这一新兴技术的深入发展提供了有价值的参考。


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