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芯片制造为什么常用超声波清洗?

摘要:本文深入探讨了超声波清洗技术在芯片制造中的应用,从技术原理到实际应用,再到实践中的注意事项和未来展望,全面解析了超声波清洗在半导体制造中的重要性和发展趋势。

引言

随着半导体技术的飞速发展,芯片制造的精度和复杂性不断提高。在这一过程中,清洗成为了确保芯片性能和可靠性的关键步骤。超声波清洗技术因其独特的优势,在芯片制造领域得到了广泛应用。

超声波清洗技术原理

超声波清洗是通过高频声波(通常在20 kHz到100 kHz之间)在液体介质中产生微小气泡,这些气泡在迅速膨胀和破裂的过程中产生强大的冲击力,即空化效应,从而有效去除物体表面的污垢和颗粒。

芯片制造中的清洗需求

芯片制造过程中,晶圆表面会因为生长过程中的杂质、化学蒸汽等原因受到污染。此外,半导体芯片封装过程中,表面加工会留下残留物。这些污染物若未被清除,将直接影响到芯片的质量和性能。

超声波发生器产生的声波的频率是超声波清洗最重要的因素之一。

超声波清洗是在清洗液中产生“空化现象,即在清洗液中以“气泡”形式产生及破裂现象。当“空化”在达到被清洗物体表面破裂的瞬间,产生远超过1000个大气压的冲击力,使得物体表面的污垢及缝隙中的污垢被击中、破裂及剥落,使物体达到清洁的效果。这些冲击波产生擦洗作用,可有效去除表面上的污垢、油脂、油和其他残留物等污染物。

较低的频率(低于100kHz)可能会导致效率降低。在液体中产生微小气泡,从而通过空化现象把晶圆上的污染带走。在这种情况下,流体中的低压和高压变化会导致气泡生长和内爆。内爆会产生局部高温高压的微射流。当器件浸入超声波激活的流体中时,这有助于去除粘附在器件表面的污染物。当频率较低时,这种空化效应更有效。

较高的频率(高于100kHz)可产生较小的空化气泡,并能更均匀地去除较细的颗粒。并且能通过产生振动,使物体表面的污染或者颗粒抖动下来,这意味着当清洁的部件比较精细或表面积较大时,最好使用较高的频率。在这种情况下,流体中由推拉效应产生的气泡不会爆炸或破裂,但它们会引导流体流向零件表面和腔体附近并带走污染物。当使用高频时,这种效果最有效。

有些超声波清洗机使用高频和低频的组合。这使它们能够深入到被清洗部件之间的缝隙和空间,从而实现更彻底的清洗。

根据经验:25-40kHz,适合Particles>50μm的清洗;40-125kHz,适合Particles<50μm的清洗;250-1000kHz,适合Particles<4μm的清洗。

超声波清洗的优势

高效性:超声波的高频振动极大提高了清洗效率,缩短了生产周期。

深入性:超声波能够深入到芯片的微小孔洞和复杂结构中,清除传统清洗方法难以触及的污染物。

温和性:超声波的振动幅值小,配合适当的清洗液,不会对芯片造成损伤。

适应性:适用于各种不同材质和形状的芯片清洗,具有很好的通用性。

环保性:超声波清洗通常使用水基清洗液,更加环保,易于处理和回收。

超声波清洗在芯片制造中的应用

晶圆清洗:在晶圆制造过程中,超声波清洗技术可以清除表面和深层的污染物,提高晶圆的质量。

封装前清洗:在半导体芯片封装前,超声波清洗技术可以清除表面的残留物,提高封装质量。

设备维护清洗:定期对生产设备进行超声波清洗,可以延长设备使用寿命,提高生产效率。

实践中的注

清洗液的选择:根据清洗对象的材质和污染物的性质选择合适的清洗液。

清洗参数的控制:合理设置清洗时间和温度,避免过长的清洗时间或过高的温度对芯片造成损害。

清洗设备的维护:定期对超声波清洗机进行检查、清洗和更换易损件,确保其始终处于最佳工作状态。

未来展望

超声波清洗技术以其高效、深入、温和的特点,在芯片制造领域发挥着不可替代的作用。随着技术的不断进步和创新,超声波清洗技术有望在未来的芯片制造中扮演更加重要的角色,为半导体行业的发展提供强有力的支持。未来,超声波清洗技术可能会与纳米技术、智能控制等新兴技术相结合,进一步提高清洗的精度和效率。同时,随着环保意识的增强,开发更加环保的清洗液和工艺也将成为研究的重点。

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