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砀山創達超聲清洗設備有限公司

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  • 在半導體材料的制備過程中,每一道工序都涉及到清洗
    作者:admin  来源:本站  发表时间:2010/3/19 22:41:21  点击:2978

    在半導體材料的制備過程中,每一道工序都涉及到清洗,而且清洗的好坏直接影响下一道工序,甚至影响器件的成品率和可靠性。由于ULSI集成度的迅速提高和器件尺寸的減小,對于晶片表面沾汙的要求更加嚴格,ULSI工藝要求在提供的襯底片上吸附物不多于500/m2×0.12um,金屬汙染小于 1010atom/cm2。晶片生産中每一道工序存在的潛在汙染,都可導致缺陷的産生和器件的失效。因此,矽片的清洗引起了專業人士的重視。以前很多廠家都用手洗的方法,這種方法人爲的因素較多,一方面容易産生碎片,經濟效益下降,另一方面手洗的矽片表面潔淨度差,汙染嚴重,使下道工序化抛腐蝕過程中的合格率較低。所以,矽片的清洗技術引起了人們的重視,找到一種簡單有效的清洗方法是當務之急。本文介紹了一種超聲波清洗技術,其清洗矽片的效果顯著,是一種值得推廣的矽片清洗技術。
    矽片表面汙染的原因
      晶片表面層原子因垂直切片方向的化學鍵被破壞而成爲懸空鍵,形成表面附近的自由力場,尤其切磨片是在鑄鐵磨盤上進行,所以鐵離子的汙染就更加嚴重。同時,由于磨料中的金剛砂粒徑較大,造成切磨片後的矽片破損層較大,懸挂鍵數吭龆啵瑯O易吸附各種雜質,如顆粒、有機雜質、無機雜質、金屬離子、矽粉粉塵等,造成切磨片後的矽片易發生變花、發藍、發黑等現象,使切磨片不合格。矽片清洗的目的就是要除去各類汙染物,清洗的潔淨程度直接決定著ULSI向更高集成度、可靠性、成品率發展,這涉及到高淨化的環境、水、化學試劑和相應的設備及配套工藝,難度越來越大,可見半導體行業中清洗工藝的重要性。
                                                          
      
    實驗及結果分析
      1.實驗設備和試劑
      實驗設備:NXZ-07L矽片清洗機
      實驗使用的試劑:有機堿、清洗劑、活性劑、去離子水、助磨劑
      2.實驗過程
      (1)超聲波清洗的基本原理
      利用28KHz以上的電能,經超聲波換能器轉換成高頻機械振蕩而傳入到清洗液中。在清洗液中疏密相间地向前辐射,使液体流动,并不停地产生数以万计的微小气泡。这些气泡是在超聲波纵向传播的负压区形成及生长,而在正压区迅速闭合。这种微小气泡的形成、生成迅速闭合称为空化现象,在空化现象中气泡闭合时形成超过1000個大气压的瞬时高压,连续不断产生的瞬时高压,像一连串小爆炸不停地轰击物体表面,使物体及缝隙中的污垢迅速剥落。这种空化侵蚀作用就是超聲波清洗的基本原理。
      (2)清洗工藝流程
      自動上料去離子水+超聲波清洗+抛动碱液+超聲波清洗+抛动去離子水+超聲波清洗+抛动碱液+超聲波清洗+抛动去離子水+超聲波清洗+抛动去離子水+超聲波清洗+抛动+溢流去離子水+超聲波清洗+抛动+溢流自動下料
      (3)清洗液的最佳配比的確定
      取4500祄厚的矽片做十組實驗,固定5分鍾清洗時間及超聲清洗的溫度,見下面列表。
      從表中觀察不同條件下矽片表面,用熒光燈照射表面可清楚看出矽表面的潔淨程度。因此得出清洗液的最佳配比爲 活性劑:清洗劑: 去離子水=0.10:1.00:7.0
      通过实验发现当清洗劑的浓度越低,越有利于水的清洗,但清洗劑的浓度不能太低,否则清洗效果反而降低。
      (4)超聲清洗時間的確定
      將切片分爲十組,以上述最佳配比爲清洗液超聲清洗,按不同的時間分爲十批清洗,清洗時間分別是12345678910min。同时用去離子水代替清洗液同样条件下做对比实验,得出结论,清洗劑的清洗效果明显好于去離子水,而且超声清洗时间在3min清洗效果就已經比較理想了。
      (5)超聲清洗溫度的確定
      非离子表面活性劑在液固界面的吸附量随温度升高而增加。这是因为在低温时非离子表面活性劑与水完全混溶,亲水基聚氧乙烯与水形成的氢键能量低,当温度升高后,分子的热运动加剧,致使氢键破坏,使非离子表面活性劑在水中的溶解度下降,温度升高到一定值时,非离子表面活性劑从水溶液中析出变混浊,此温度即为浊点。因此温度升高时非离子表面活性劑逃离水的趋势增强,吸附量增大。温度对非离子表面活性劑的去污能力的影响是明显的,当温度接近于浊点时,清洗效果最好。通过实验得出3050之間均可,但45爲最佳。
      (6)掃描電子顯微鏡的觀察
      通過掃描電子顯微鏡能譜分析可以得出:切片的表面黑點主要是顆粒汙染物和碳元素聚集物。
    3.
    實驗結果和討論
      (1 硅片经过切片工序后,一直使硅片处于去離子水中浸泡状态,这样在经过清洗机清洗后表面洁净,在化抛后尤为明显,化抛后硅片表面相当光泽干净,使其合格率大大提高;若由于工艺需要测试硅片厚度或电阻率,使其脱离水后,在重新清洗后的硅片化抛时,表面大多数会出现暗花及不明显的污染痕迹,直观表面较差。
      (2 清洗次數對清洗效果有很大影響,清洗次數多的矽片比清洗次數少的矽片表面光潔,這就要求在以後的探索中如何控制清洗液的時效性,如清洗六英寸矽片達15000片時,需及時更換清洗液。
      (3)適當加入有機堿,利用堿的腐蝕性,絡合矽片表面的金屬離子,以加快清洗的速度,提高清洗的效率。 
    硅片的清洗在半导体制作过程中十分重要,而切片的清洗是所有清洗工序中最困难的。由于使用了清洗机,通过物理渗透作用,使污染颗粒脱离硅片表面,再通过超聲波清洗的机械作用和化学腐蚀作用,最终去除污染颗粒,达到了清洗硅片的目的。
      
    创达超聲波专业生产全系列单槽、多槽、半自动、全自动硅片超聲波清洗机、及电子级工业超纯水设备。我公司一季度共接到多台全自动太阳能硅片清洗干燥机,爲矽片的清洗幹燥技術進行了一次革命,徹底解決矽片清洗幹燥存在的技術難題,其技術參數可見我公司宣傳資料!
    NXZ
    全自動太陽能矽片、半導體矽片專用清洗線
    産品特點:單機械手或多機械手組合,實現工位工藝要求。PLC全程序控制與觸摸屏操作界面,操作便利。自動上下料台,准確上卸工件。淨化烘幹槽,獨特的烘幹前處理技術,工作幹燥無水漬。全封閉外殼與抽風系統,確保良好工作環境。具備抛動清洗功能,保證清洗均勻。全封閉外殼與抽風系統,確保良好工作環境


    食品飲料行業濾膜機械的清洗方式
    在食品飲料行業有些反滲透或超濾裝置都自己帶有快速沖洗裝置,在開關機前後都有較短時間的沖洗,以沖洗掉粘附在膜表面上的汙物,有的裝置還帶有定時自動沖洗功能,這種快速反沖洗對于剛形成的汙垢或顆粒較大的汙物有一定的清洗效果,因此大型裝置都具備這種快
    速沖洗的功能.機械沖洗雖然效果不十分明顯,但其對膜的日常保護是非常有益的,一方面可減少汙垢的堆積,另一方面機械沖洗對膜本身基本沒有損傷。

    选用超聲波清洗机时要考虑的问题

    一、功率的選擇
    超聲波清洗机效果不一定与(功率 × 清洗時間)成正比,有時用小功率,花費很長時間也沒有清除汙垢。而如果功率達到一定數值,有時很快便將汙垢去除。若選擇功率太大,空化強度將大大增加,清洗效果是提高了,但這時使較精密的零件也産生蝕點,得不償失,而且清洗缸底部振動板處空化嚴重,水點腐蝕也增大,在采用三氯乙烯等有機溶劑時,基本上沒有問題,但采用水或水溶性清洗液時,易于受到水點腐蝕,如果振動板表面已受到傷痕,強功率下水底産生空化腐蝕更嚴重,因此要按實際使用情況選擇超聲功率。

    二、頻率的選擇
    超聲清洗頻率從十幾 kHz 100kHz 之间,在使用水或水清洗劑时由空穴作用引起的物理清洗力显然对低频有利,一般使用 15-40kHz 左右。對小間隙、狹縫、深孔的零件清洗,用高頻(一般 40kHz 以上)較好,甚至幾百 kHz 。對鍾表零件清洗時,用 400kHz 。若用寬帶調頻清洗,效果更良好。

    三、清洗籃的使用
    在清洗小零件物品時,常使用網籃,由于網眼要引起超聲衰減,要特別引起注意。當頻率爲 28khz 時使用 10mm 以上的網眼爲好。

    四、清洗液溫度的選擇
    水清洗液最適宜的清洗溫度爲 40-60 ,尤其在天冷時若清洗液溫度低空化效應差,清洗效果也差。因此有部分清洗機在清洗缸外邊繞上加熱電熱絲進行溫度控制,當溫度升高後空化易發生,所以清洗效果較好。當溫度繼續升高以後,空泡內氣體壓力增加,引起沖擊聲壓下降,反應出這兩因素的相乘作用。

    五、關于清洗液量的多少和清洗零件的位置的確定
    一般清洗液液面高于振動子表面 100mm 以上爲佳。由于單頻清洗機受駐波場的影響,波節處振幅很小,波幅處振幅大造成清洗不均勻。因此最佳選擇清洗物品位置應放在波幅處。

    六、超聲清洗工藝及清洗液的選擇
    在購買清洗系統之前,應對被清洗件做如下應用分析: 明確被洗件的材料構成、結構和數量, 分析並明確要清除的汙物,這些都是決定所要使用什麽樣的清洗方法,判斷應用水性清洗液還是用溶劑的先決條件。最終的清洗工藝還需做清洗實驗來驗證。只有這樣,才能提供合適的清洗系統、設計合理的清洗工序以及清洗液。考慮到清洗液的物理特性對超聲清洗的影響,其中蒸汽壓、表面張力、黏度以及密度應爲最顯著的影響因素。溫度能影響這些因素,所以它也會影響空化作用的效率。任何清洗系統必須使用清洗液。
    选择清洗液时,应考虑以下三個因素:
    1
    .清洗效率:選擇最有效的清洗溶劑時,一定要做實驗。如在現有的清洗工藝中引入超聲,所使用的溶劑一般不必變更;
    2
    .操作簡單:所使用的液體應安全無毒、操作簡單且使用壽命長;
    3
    .成本:最廉價的清洗溶劑的使用成本並不一定最低。使用中必須考慮到溶劑的清洗效率、安全性、一定量的溶劑可清洗多少工件利用率最高等因素。當然,所選擇的清洗溶劑必須達到清洗效果,並應與所清洗的工件材料相容。水爲最普通的清洗液,故使用水基溶液的系統操作簡便、使用成本低、應用廣泛。然而對某些材料以及汙垢等並不適用于水性溶液,那麽還有許多溶劑可供選用。

    七、不同的清洗液,要區分的清洗系統
    水性系统:通常由敞口槽组成,工件浸没其中。而复杂的系统会由多個槽组成,并配备循环过滤系统、冲淋槽、干燥槽以及其它附件。
    溶剂系统:多为超聲波汽相除油脂清洗机,常配备废液连续回收装置。超聲波汽相清除油脂过程是由溶剂蒸发槽和超声浸洗槽组成的集成式多槽系统完成的。在热的溶剂蒸汽和超声激荡共同作用下,油、脂、蜡以及其他溶于溶剂的污垢就被除去。经过一系列清洗工序后下料的工件发热、洁净、干燥。

    八、清洗件處理
    超声清洗的另一個考虑因素是清洗件的上、下料或者说是放置清洗件的工装的设计。清洗件在超声清洗槽内时,无论清洗件还是清洗件篮都不得触及槽底。清洗件总的横截面积不应超过超声槽横截面积的 70% 。橡胶以及非刚化塑料会吸收超聲波能量,故将此类材料用于工装时应谨慎。绝缘的清洗件也应引起特别注意。工装篮设计不当,或所盛工件太重,纵使最好的超声清洗系统的效率也会被大大降低。钩子、架子以及烧杯都可用来支持清洗件。

    九、清洗時間、工件種類、數量的明確 考慮機器工作方式的采用是全自動、半自動、手動。 機器大小、成本。

    十、其它
    清洗大量汙垢的零件一般要采用浸、噴射等方法進行預清洗。在清除了大部分汙垢之後,再用超聲清洗余下的汙垢,則效果好。如果清洗小物品及形狀複雜的物品(零件)時,如果采用清洗網或者使清洗物旋轉,邊振動邊用超聲輻射,能得到均勻清洗

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