Steam Laser Cleaning von Siliziumwafern
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2002
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Steam Laser Cleaning of silicon wafers
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Diploma thesis
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Abstract
In dieser Diplomarbeit wurde die Partikelentfernung von Silizium-Wafern durch Steam Laser Cleaning (SLC) untersucht. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Flüssigkeit auf die zu reinigende Oberfläche aufgebracht. Anschließend wird die Flüssigkeit durch einen Laserpuls überhitzt und es kommt zu einem explosiven Verdampfungsprozess. Dabei entsteht eine Druckwelle, durch die Schmutzpartikel mit Durchmessern weit unterhalb eines Mikrometers entfernt werden können.
Im Unterschied zu bisher durchgeführten Arbeiten zum Thema SLC wurde besonderer Wert darauf gelegt, die Flüssigkeitsmenge auf der Probe zu kontrollieren. Bildeten sich Filme auf der Oberfläche, so konnte deren Dicke mit einer Auflösung im Nanometerbereich bestimmt werden. Eine Entfernung der Partikel wurde beobachtet, sobald die Laserfluenz einen Schwellwert überstieg. Diese Reinigungsschwelle wurde für verschiedene Partikelgrößen gemessen, wobei alle durchgeführten Experimente eine universelle größenunabhängige Schwelle ergaben. Außerdem wurde der Einfluss unterschiedlicher Flüssigkeitsschichtdicken untersucht. Experimente zum laserinduzierten Verdampfen der Flüssigkeit zeigten, dass die hierzu mindestens benötigte Fluenz mit der Reinigungsschwelle im SLC übereinstimmt. Im Anschluss an die Partikelentfernung wurde die gereinigte Oberfläche mit einem Rasterkraftmikroskop auf Veränderungen untersucht. Hierdurch wurde nachgewiesen, dass durch Feldverstärkung an den Partikeln Schäden mit Ausdehnungen im nm-Bereich entstehen können. Allerdings konnte auch gezeigt werden, dass es mit SLC möglich ist, eine defektfreie Reinigung für einen großen Bereich verschiedener Partikelgrößen zu erreichen.
Im Unterschied zu bisher durchgeführten Arbeiten zum Thema SLC wurde besonderer Wert darauf gelegt, die Flüssigkeitsmenge auf der Probe zu kontrollieren. Bildeten sich Filme auf der Oberfläche, so konnte deren Dicke mit einer Auflösung im Nanometerbereich bestimmt werden. Eine Entfernung der Partikel wurde beobachtet, sobald die Laserfluenz einen Schwellwert überstieg. Diese Reinigungsschwelle wurde für verschiedene Partikelgrößen gemessen, wobei alle durchgeführten Experimente eine universelle größenunabhängige Schwelle ergaben. Außerdem wurde der Einfluss unterschiedlicher Flüssigkeitsschichtdicken untersucht. Experimente zum laserinduzierten Verdampfen der Flüssigkeit zeigten, dass die hierzu mindestens benötigte Fluenz mit der Reinigungsschwelle im SLC übereinstimmt. Im Anschluss an die Partikelentfernung wurde die gereinigte Oberfläche mit einem Rasterkraftmikroskop auf Veränderungen untersucht. Hierdurch wurde nachgewiesen, dass durch Feldverstärkung an den Partikeln Schäden mit Ausdehnungen im nm-Bereich entstehen können. Allerdings konnte auch gezeigt werden, dass es mit SLC möglich ist, eine defektfreie Reinigung für einen großen Bereich verschiedener Partikelgrößen zu erreichen.
Summary in another language
In this thesis the particle removal from silicon wafers by Steam Laser Cleaning (SLC) was examined. For this cleaning method first of all a liquid is applied onto the surface of the sample. Afterwards the liquid is superheated by a laser pulse and evaporates in an explosive process. This generates a pressure wave, by which contaminants with diameters well below one micrometer can be removed.
In contrast to previous studies on this topic, special care was taken to control the amount of liquid on the sample. If a film was formed on the surface, its thickness could be determined with an accuracy in the nm-range. Particle removal was observed, if the laser fluence exceeded a certain threshold value. This cleaning threshold was measured for different particle sizes, whereby a universal size-independent threshold was found in all the experiments. In addition the influence of different liquid film thicknesses was investigated. Studies of the laser induced liquid evaporation showed, that the fluence necessary for the onset of explosive evaporation matches the cleaning threshold in SLC. After particle removal the cleaned surface was investigated with an atomic force microscope. These examinations demonstrated, that damages on the nm-scale caused by field enhancement at the particles may occur, but also showed, that a defect-free removal can be achieved by SLC for a broad range of different particle sizes.
In contrast to previous studies on this topic, special care was taken to control the amount of liquid on the sample. If a film was formed on the surface, its thickness could be determined with an accuracy in the nm-range. Particle removal was observed, if the laser fluence exceeded a certain threshold value. This cleaning threshold was measured for different particle sizes, whereby a universal size-independent threshold was found in all the experiments. In addition the influence of different liquid film thicknesses was investigated. Studies of the laser induced liquid evaporation showed, that the fluence necessary for the onset of explosive evaporation matches the cleaning threshold in SLC. After particle removal the cleaned surface was investigated with an atomic force microscope. These examinations demonstrated, that damages on the nm-scale caused by field enhancement at the particles may occur, but also showed, that a defect-free removal can be achieved by SLC for a broad range of different particle sizes.
Subject (DDC)
530 Physics
Keywords
Steam Laser Cleaning,Partikelentfernung,Nahfeldfokussierung,Blasennukleation,Steam Laser Cleaning,particle removal,near field enhancement,bubble nucleation
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Review
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Cite This
ISO 690
LANG, Florian, 2002. Steam Laser Cleaning von Siliziumwafern [Master thesis]BibTex
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