超聲波清洗的基本原理

利用28KHz以上的電能，經(jīng)超聲波換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳入到清洗液中。超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使液體流動(dòng)，并不停地產(chǎn)生數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微小氣泡。這些氣泡是超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成及生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)迅速閉合。這種微小氣泡的形成、生成迅速閉合稱為空化現(xiàn)象，空化現(xiàn)象中氣泡閉合時(shí)形成超越1000個(gè)大氣壓的瞬時(shí)高壓，連續(xù)不時(shí)發(fā)生的瞬時(shí)高壓，像一連串小爆炸不停地轟擊物體外表，使物體及縫隙中的污垢迅速剝落。這種空化侵蝕作用就是超聲波清洗的基本原理。

2清洗工藝流程

自動(dòng)上料→去離子水＋超聲波清洗＋拋動(dòng)→堿液＋超聲波清洗＋拋動(dòng)→去離子水＋超聲波清洗＋拋動(dòng)→堿液＋超聲波清洗＋拋動(dòng)→堿液＋超聲波清洗＋拋動(dòng)→去離子水＋超聲波清洗＋拋動(dòng)＋溢流→去離子水＋超聲波清洗＋拋動(dòng)＋溢流→自動(dòng)下料

3清洗液的最佳配比的確定

取4″及500祄厚的硅片做十組實(shí)驗(yàn)，固定5分鐘清洗時(shí)間及超聲清洗的溫度，見(jiàn)下面列表。

從表中觀察不同條件下硅片表面，用熒光燈照射外表可清楚看出硅表面的潔凈水平。因此得出清洗液的最佳配比為 活性劑:清洗劑:去離子水=0.10:1.00:7.0

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)清洗劑的濃度越低，越有利于水的清洗，但清洗劑的濃度不能低于15%否則清洗效果反而降低。

4超聲清洗時(shí)間的確定

將磨片分為十組，以上述最佳配比為清洗液超聲清洗，按不同的時(shí)間分為十批清洗，清洗時(shí)間分別是12345678910min同時(shí)用去離子水代替清洗液同樣條件下做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，清洗劑的清洗效果明顯好于去離子水，而且超聲清洗時(shí)間在3min清洗效果就已經(jīng)比擬理想了

5超聲清洗溫度的確定

非離子外表活性劑在液固界面的吸附量隨溫度升高而增加。這是因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)非離子外表活性劑與水完全混溶，親水基聚氧乙烯與水形成的氫鍵能量低，當(dāng)溫度升高后，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，致使氫鍵破壞，使非離子外表活性劑在水中的溶解度下降，溫度升高到一定值時(shí)，非離子外表活性劑從水溶液中析出變混濁，此溫度即為濁點(diǎn)。因此溫度升高時(shí)非離子外表活性劑逃離水的趨勢(shì)增強(qiáng)，吸附量增大。溫度對(duì)非離子外表活性劑的去污能力的影響是明顯的當(dāng)溫度接近于濁點(diǎn)時(shí)，清洗效果最好。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出3050℃之間均可，但45℃為最佳。

6掃描電子顯微鏡的觀察

通過(guò)掃描電子顯微鏡能譜分析可以得出：研磨片的外表黑點(diǎn)主要是顆粒污染物和碳元素聚集物。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

1硅片經(jīng)過(guò)磨片工序后，一直使硅片處于去離子水中浸泡狀態(tài)，這樣在經(jīng)過(guò)清洗機(jī)清洗后表面潔凈，化拋后尤為明顯，化拋后硅片外表相當(dāng)光澤干凈，使其合格率大大提高；若由于工藝需要測(cè)試硅片厚度或電阻率，使其脫離水后，重新清洗后的硅片化拋時(shí)，外表大多數(shù)會(huì)呈現(xiàn)暗花及不明顯的污染痕跡，直觀外表較差。

2清洗次數(shù)對(duì)清洗效果有很大影響，清洗次數(shù)多的硅片比清洗次數(shù)少的硅片外表光潔，這就要求在以后的探索中如何控制清洗液的時(shí)效性，如清洗四英寸硅片達(dá)500片時(shí)，需及時(shí)更換清洗液。

3適當(dāng)加入有機(jī)堿，利用堿的腐蝕性，絡(luò)合硅片表面的金屬離子，以加快清洗的速度，提高清洗的效率。  

硅片的清洗在半導(dǎo)體制作過(guò)程中十分重要，而磨片的清洗是所有清洗工序中最困難的由于使用了超聲波清洗機(jī)，通過(guò)物理滲透作用，使污染顆粒脫離硅片外表，再通過(guò)超聲波清洗的機(jī)械作用和化學(xué)腐蝕作用，最終去除污染顆粒，達(dá)到清洗硅片的目的