CN108325949A - 一种激光清洗颗粒污物方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种激光清洗颗粒污物方法。黏胶涂覆在硅片的表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；采用功率密度较低的脉冲激光束烧蚀黏胶表面，获得规则盲孔阵列，然后采用功率密度较高的脉冲激光束辐照在相邻的四个微孔中间，产生激光冲击波，由于盲孔阵列的存在，会在孔边缘产生应力集中，使黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300μm尺寸均匀的碎片，从而使颗粒污物从硅片的待处理表面分离；硅片经过高压气体吹洗，可以吹走附着在硅片表面的污物碎片；将硅片放入丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在硅片表面的黏胶残渣，最终获得具有清洁表面的硅片。

Description

一种激光清洗颗粒污物方法
技术领域
本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种激光清洗颗粒污物方法。
背景技术
集成电路板硅片在封装前通常需要进行清洗，以去除加工过程中附着在硅片表面的颗粒污物，从而提高硅片的性能。微纳米级的颗粒污物在镜片表面的粘着机制与较大尺寸的颗粒污物的粘着机制完全不同，在自身的重量下，会产生塑性变形，从而使黏着力大幅度上升，导致常规的化学清洗和超声清洗无法去除，因此清洗掉微纳米尺寸的颗粒污物是硅片后处理工艺中的一个难题。激光清洗是一种新型高效的清洗手段，可以有效去除多种类型的表面污物，然而，由于激光直接作用在硅片表面会破坏原有的表面结构，因此无法直接用来清洗硅片表面，一种有效的方法是在硅片表面涂覆一层保护层，该保护层可以将颗粒污物固化在保护层内，保护层通过硬化之后，采用激光清洗保护层，保护层会开裂成粒度为100～300μm的碎片，碎片和固化在碎片内的颗粒污物一起从硅片表面剥离。然而，在激光作用下保护层碎片的粒度分布并不均匀，当碎片粒度较大时，剥离的碎片会使硅片基体表面直接暴露在激光辐照下，从而损坏硅片表面，大幅度降低硅片表面质量，严重时甚至会使硅片报废，因此，使碎片均匀破裂剥离是该方法实用化的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光清洗颗粒污物方法，在硅片表面涂覆一层保护层，并将颗粒污物固化在保护层内，通过激光辐照使保护层破裂尺寸可控的碎片从集成电路板硅片表面剥离，同时不破坏硅片原表面。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，由以下步骤组成：
步骤一：在硅片的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶；
步骤二：对黏胶进行烘干硬化；
步骤三：采用功率密度为1×105～5×105GW/cm2的脉冲激光束辐照在对脉冲激光束吸收率超过50％且干燥后在外力作用下易开裂的黏胶表面，烧蚀黏胶表面形成规则盲孔阵列；
步骤四：采用5×106～5×107GW/cm2脉冲激光束辐照在相邻的四个盲孔中间位置即激光清洗点位，对整个硅片表面进行激光清洗；
步骤五：硅片经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗。
其特征在于：黏胶涂覆在硅片的待清洗表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；采用5×106～5×107GW/cm2的脉冲激光束辐照在相邻的四个盲孔中间，对整个硅片表面进行激光清洗，产生冲击波，在激光的瞬时热力作用下，由于规则盲孔阵列的存在，黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300μm尺寸均匀的碎片，从硅片的表面飞离，使颗粒污物从硅片的待清洗表面分离；硅片经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在硅片表面的黏胶残渣。
所述的脉冲激光束作用于黏胶的上表面，黏胶涂覆在硅片的待清洗表面上。
所述的脉冲激光束的脉宽范围为10～300ns，波长为10.6μm。
所述的黏胶是由丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒按照体积比4:1混合而成，干燥后在外力作用下易开裂，且易溶于丙酮等有机溶剂；黏胶厚度为30-100μm。
所述的颗粒污物的尺寸为0.5～50μm，材质与硅片的材质相同或是其他类型的污物，采用常规硅片清洗工艺无法去除。
丙酮溶液的体积百分浓度为50％。
相邻盲孔之间的距离d1和相邻激光清洗点位的距离d2为100-300μm。
盲孔的孔径为40-60μm，深度为20-40μm。
本发明的工作原理为：黏胶涂覆在硅片的表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；黏胶的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒的混合物烘干后易开裂；纳米碳颗粒加入黏胶可以使黏胶对脉冲激光的吸收率超过50％；采用功率密度为1×105～5×105GW/cm2的脉冲激光束烧蚀黏胶表面，获得规则盲孔阵列，然后采用5×106～5×107GW/cm2的脉冲激光束辐照在相邻的四个微孔中间，产生激光冲击波，由于盲孔阵列的存在，会在孔边缘产生应力集中，使黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300μm尺寸均匀的碎片，从而使颗粒污物从硅片的待处理表面分离；硅片经过高压气体吹洗，可以吹走附着在硅片表面的污物碎片；将硅片放入50％丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在硅片表面的黏胶残渣，最终获得具有清洁表面的硅片。
本发明具有的有益效果：纳米碳颗粒加入黏胶可以使黏胶对脉冲激光的吸收率超过50％，提高激光清洗的作用力，从而提高清洗效果；纳米碳颗粒的加入使激光束无法透过黏胶辐照到硅片表面，可以保护硅片表面免受激光的直接烧蚀，从而保护硅片表面；采用脆性的丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒作为黏胶材料，可以很好地包覆颗粒污物，且硬化后易开裂；规则盲孔的存在，使黏胶在激光束热作用和冲击波作用下沿着盲孔边缘断裂，从而会形成粒度为100～300μm尺寸均匀的碎片，保证硅片表面始终不受到激光辐照；在激光束的热力作用下，形成的剥离物尺寸大于激光束辐照到吸收层表面时的直径，因此相邻激光光斑之间无需搭接，光斑之间的距离是光斑直径的2～5倍，可以大幅度提高清洗效率。
附图说明
图1是无损激光清洗装置示意图。
图中：1脉冲激光束；2黏胶；3颗粒污物；4硅片。
图2是激光打盲孔和激光清洗位置示意图。
图中：11盲孔；12激光清洗点位。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明的一种激光清洗颗粒污物工艺如图1所示，包括工作台脉冲激光束1、黏胶2、颗粒污物3和硅片4。黏胶2覆盖在硅片4的待处理表面上。
实施实例一：
本实例中，脉冲激光器单脉冲能量为1mJ，频率为100KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为10ns，波长10.6μm，脉冲激光束1经聚焦后到达黏胶2的上表面时光斑直径为50μm；黏胶2的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，厚度为60μm；颗粒污物3的材质为硅，粒度分布为0.5～50μm。
步骤一：在硅片4的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶2；
步骤二：对黏胶2进行烘干硬化；
步骤三：采用功率密度为1×105GW/cm2的脉冲激光束1照在黏胶2表面，烧蚀黏胶2表面形成规则盲孔11阵列，盲孔的孔径约为50μm，深度为30μm，盲孔之间的间距d1为100μm；
步骤四：采用5×106GW/cm2脉冲激光束1辐照在相邻的四个盲孔11中间位置即激光清洗点位12，相邻激光清洗点位12之间的距离d2为100μm，对整个硅片4表面进行激光清洗；
步骤五：硅片4经过高压气体吹洗之后，放入50％丙酮溶液进行超声清洗。
经检测，激光清洗前硅片4表面的颗粒污物密度为11.7颗/cm2，激光清洗后，硅片4表面的颗粒污物密度为0.6颗/cm2，硅片4表面无激光烧蚀损伤。
实施实例二
本实例中，脉冲激光器单脉冲能量为0.5mJ，频率为150KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为100ns，为二氧化碳激光，波长10.6μm，脉冲激光束1经聚焦后到达黏胶2的上表面时光斑直径为50μm；黏胶2的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，厚度为60μm；颗粒污物3的材质为硅，粒度分布为0.5～50μm。
步骤一：在硅片4的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶2；
步骤二：对黏胶2进行烘干硬化；
步骤三：采用功率密度为3×105GW/cm2的脉冲激光束1照在黏胶2表面，烧蚀黏胶2表面形成规则盲孔11阵列，盲孔的孔径约为50μm，深度为30μm，盲孔之间的间距d1为200μm；
步骤四：采用1×107GW/cm2脉冲激光束1辐照在相邻的四个盲孔11中间位置即激光清洗点位12，相邻激光清洗点位12之间的距离d2为200μm，对整个硅片4表面进行激光清洗；
步骤五：硅片4经过高压气体吹洗之后，放入50％丙酮溶液进行超声清洗。
经检测，激光清洗前硅片4表面的颗粒污物密度为12.5颗/cm2，激光清洗后，硅片4表面的颗粒污物密度为1.1颗/cm2，硅片4表面无激光烧蚀损伤。
实施实例三
本实例中，脉冲激光器单脉冲能量为1.5mJ，频率为200KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为300ns，为二氧化碳激光，波长10.6μm，脉冲激光束1经聚焦后到达黏胶2的上表面时光斑直径为50μm；黏胶2的主要成分是丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒，厚度为60μm；颗粒污物3的材质为石英，粒度分布为0.5～50μm。
步骤一：在硅片4的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶2；
步骤二：对黏胶2进行烘干硬化；
步骤三：采用功率密度为5×105GW/cm2的脉冲激光束1照在黏胶2表面，烧蚀黏胶2表面形成规则盲孔11阵列，盲孔的孔径约为50μm，深度为30μm，盲孔之间的间距d1为300μm；
步骤四：采用5×107GW/cm2脉冲激光束1辐照在相邻的四个盲孔11中间位置即激光清洗点位12，相邻激光清洗点位12之间的距离d2为300μm，对整个硅片4表面进行激光清洗；
步骤五：硅片4经过高压气体吹洗之后，放入50％丙酮溶液进行超声清洗。
经检测，激光清洗前硅片4表面的颗粒污物密度为10.4颗/cm2，激光清洗后，硅片4表面的颗粒污物密度为0.7颗/cm2，硅片4表面无激光烧蚀损伤。

Claims (7)

1.一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：在硅片的待清洗表面均匀涂覆一层黏胶；
步骤二：对黏胶进行烘干硬化；
步骤三：采用功率密度为1×105～5×105GW/cm2的脉冲激光束辐照在对脉冲激光束吸收率超过50％且干燥后在外力作用下易开裂的黏胶表面，烧蚀黏胶表面形成规则盲孔阵列；
步骤四：采用5×106～5×107GW/cm2脉冲激光束辐照在相邻的四个盲孔中间位置即激光清洗点位，对整个硅片表面进行激光清洗；
步骤五：硅片经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗；
黏胶涂覆在硅片的待清洗表面后，颗粒污物被黏胶包围，经过干燥后颗粒污物将被固化在黏胶内；采用5×106～5×107GW/cm2的脉冲激光束辐照在相邻的四个盲孔中间，对整个硅片表面进行激光清洗，产生冲击波，在激光的瞬时热力作用下，由于规则盲孔阵列的存在，黏胶和固化在黏胶内的颗粒污物开裂成粒度为100～300μm尺寸均匀的碎片，从硅片的表面飞离，使颗粒污物从硅片的待清洗表面分离；硅片经过高压气体吹洗之后，放入丙酮溶液进行超声清洗可以清除粘着在硅片表面的黏胶残渣。
2.如权利要求1所述的一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，所述的脉冲激光束的脉宽范围为10～300ns，波长为10.6μm。
3.如权利要求1所述的一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，所述的黏胶是由丙烯酸环氧树脂和纳米碳颗粒按照体积比4:1混合而成，干燥后在外力作用下易开裂，且易溶于丙酮等有机溶剂；黏胶厚度为30-100μm。
4.如权利要求1所述的一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，所述的颗粒污物的尺寸为0.5～50μm，采用常规硅片清洗工艺无法去除。
5.如权利要求1所述的一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，丙酮溶液的体积百分浓度为50％。
6.如权利要求1所述的一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，相邻盲孔之间的距离d1和相邻激光清洗点位的距离d2为100-300μm。
7.如权利要求1所述的一种激光清洗颗粒污物方法，其特征在于，盲孔的孔径为40-60μm，深度为20-40μm。
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