硅片的超声和兆声清洗技术.doc

硅片的超声和兆声清洗技术172化学工程与装备ChemicalEngineering&Equipment2011年第1I期2011年l1月硅片的超声和兆声清洗技术赵献雷(保定天威英利新能源有限公司,河北保定071051)摘要:本文介绍了超声清洗技术和兆声清洗技术在硅片清洗工艺中的应用,详细阐述了两种清洗技术的原理,特点,存在的问题以及两者的区别.关键词:硅片:清洗:超声波;兆声波前言随着科学技术的飞速发展,集成度不断提高,器件尺寸不断减小,所以对硅衬底片的质量要求越来越高,特别是对硅抛光片的表面质量要求越来越严格.在集成电路制程中几乎每一道工序都有清洗的问题,清洗是半导体器件制造过程中最重要最频繁的步骤.i硅片的清洗工艺原理硅片经过切片,倒角,双面研磨,抛光等不同的工序加工后,其表面已受到严重沾污,清洗的目的主要是清除品片表面的沾污.硅片表面的污染物通常以原子,离子,分子,粒子或膜的形式以物理吸附或化学吸附的方式存在于硅片表面.一般来讲可分在三类:(1)有机杂质沾污:通过有机试剂的溶解作用,结合超声波清洗技术来去除.(2)颗粒沾污:运用物理的方法,采用机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径>10.4tim颗粒,利用兆声波清洗技术可去除O.2n颗粒.(3)金属离子沾污:必须采用化学的方法才能去除.在化学品清洗槽或水冲洗系统中,增加额外的超声波振动,宵助于并可加速湿法工艺的进行.超声波是通过蒸气漩涡来辅助冲洗的.振动在液体中形成极微小的气泡而这些气泡快速地崩溃而产生极微小的擦洗的动作从而除去颗粒.这一现苏称为气涡.图l为超声清洗效果.兆声波的辅助作用是通过另外一种机理来实现的.依据流体力学,固体表面与液体之间有一个静止或缓慢移动的界面,例如晶片的表面.小的颗粒可被保持在这层界面中而不会接触化学清洗液.兆声波的能量可以消除这一界面,从而使颗粒得以清洗.另外,一种叫做声流的现象使得水或清洗液流过晶片的速度加快,从而提高清洗效率.图2为兆声清洗效果.图I超声清洗效果图2兆声清洗效果I,?I3l珊2超声清洗技术超声清洗属物理清洗,把清洗液放入槽内,在槽内作用超声波.由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波,在传播过程中,介质的压力作交替变化.在负压区域,液体中产生撕裂的力,并形成真空的气泡.当声压达到一定值时,气泡迅速增长,在正压区域气泡由于受到压力挤破灭,闭合.此时,液体间相互碰撞产生强大的冲击波.虽然位移,速度都非常小.但加速度却非常大,局部压力可达几千个大气压,赵献雷:硅片的超声和兆声清洗技术173这就是所谓的空化效应.超声清洗的原理是:在强烈的超声波作用下(常用的超声波频率为2OkHz到40kHz左右),液体内部会产生疏部和密部,疏部产生近乎真空的空腔泡,当空腔泡消失的瞬间,其附近便产生强大的局部压力,使分子内的化学键断裂,因此使硅片表面的杂质解吸.当超声波的频率和空腔泡的振动频率共振时,机械作用力达到最大,泡内聚集的大量热能,使温度升高,促进化学反应的发生.图3为超声清洗示意图.酸fij艘仆图3清;杰旌衙l撬格挟碰jI;超声清洗主要由超声空化引起,空化效应是主要因素.气泡的爆破产生的高压高温冲击波减小了污垢与被清洗件之间的粘着力,引起污垢的破坏和离;同时气泡的振动能对被清洗物表面进行擦洗.气泡还能钻入裂缝中振动,使污层脱落.当某些固体表面被油粘附时,油被超声波乳化.迅速脱离被清洗件表面.超声空化在被清洗件表面会产生很高的速度梯度和声流,能进一步削弱或除去边界层污染,同时超声振动还会引起介质质点的强烈振动,使被清洗件表面受到强烈的冲击,使污物迅速脱离表面.超声清洗的效果与超声条件(如温度,压力,超声频率,功率等)有关,而且提高超声波功率往往有利于清洗效果的提高.该技术多用于去除硅片表面附着的大块污染和颗粒,但随着粒子尺寸的减小,清洗效果下降,对于小于1m的颗粒的去除效果并不太好.为了增加超声波清洗效果,有时在清洗液中加入表面活性剂.但表面活性剂和其他化学试剂一样,也存在污染.无机物被除去后,化学试剂本身的粒子却留下了.同时由于声波能的作用,会对硅片造成损伤.超声清洗是半导体工业中广泛应用的一种清洗方法,它具有以下特点:(1)清洗效果好:(2)操作简单:(3)对于复杂的器件和容器也能清除:(4)噪音较大:(5)换能器易坏.3兆声清洗技术兆声是指频率在500kHz499GHz范围内的声波.兆声清洗的原理是主要由于声压梯度,粒子速度及声流的作用,而空化效应是次要的,由高能频振效应并结合化学清洗荆的化学反应对硅片进行清洗的.图4为兆声清洗系统示意图.图4兆声清洗是用0.81.OMHz的声波去除晶片上的颗粒,由换能器发出波长为lPm,频率为0.8兆赫的高能声波,通过兆声振板传递到清洗液中,清洗液分子在这种声波的推动下作加速运动,最大瞬时速度可达到30c=/s.由于频率太高,声波在清洗液中很难发生空化效应,清洗时不形成超声波清洗那样的气泡,而是利用高频声波能量在清洗液中形成的高速微水流连续冲击晶片表面.使物体表面附着的表面小于O.2m污染物和细小颗粒被强制除去并进入到清洗液中.这种清洗的特点是清洗方向性强,清洗时一般将零件表面置于与声束平行的方向(见图5).滏j宪;液踮虢声拔墓姜/薅聂一一,去除的颗粒衬赢t,01,披厂,圈5(下转第177页)王成华:新型复合钢管的开发及工业运用前景l77物空冷器(A-53IOI/A,H)而言.采用l0l钢换热管的设各总价约400万元人民币,采用复合钢管换热管的设各总价约450万元人民币,而如采用INCONL0Y825换热管的设备总价约5000万元人民币.可见,直接投资可一次性节约4550万元人民币,若使用寿命达三年以上,则直接经济效益为:(400*3450)/3:250万元人民币/年.从减少非计划停车和消除安全隐患方面来看,意义更加重大.间接经济效益可达1000万元/年.而对于整个工业系统来说,这种复合钢管的成功应用,必将因其在节约一次性投资和直接经济效益上的明显优势,从而在设计,选材策略方面,发生重大变化,为我国国民经(上接第173页)济的发展,做出巨大的贡献.参考文献1高压空冷器用复合衬管技术条件.2GB/T17897-1999不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法S.3GB6479-2000高压化肥设备用无缝钢管S.4钱乐中.内衬不锈钢复合钢管介绍rj3.焊管,2005(11).5贾建波,徐岩.双金属复合管塑性成形工艺J.北京大学.2009.10(3).兆声清洗的颗粒去除度与声波流的空穴作用,气体溶解度和振荡效应都有关系.为了达到清洗目的.也常使用表面活性剂,使粒子不再沉淀在表面上.兆声清洗能同时起到机械擦片和化学清洗两种方法的作用.兆声清洗不但保持了超声清洗的优点,而且克服了它的不足.这种方法避免了因空化作用而造对某些物体表面的损伤;同时在兆声清洗过程中,无机械移动部件,因此可减少在清洗过程本身所造成的沾污.兆声清洗技术己成为抛光片清洗的一种有效方法,它具有以下的特点:(1)去除小于0.2m的微小颗粒;(2)避免了空化现象可能引起的对物件表面的损伤;(3)高密度的能量提供高效的清洗效果;(4)线性方向的高速流动可以防止杂质重新附着在物件表面.4超声和兆声清洗技术的比较5结束语在集成电路的制程中有多达20%的步骤为清洗工艺,不同的工艺技术所要求的最终表面