超声波去蜡清洗技术研究

赵金辉

(中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津300220)

超声波去蜡清洗技术研究

赵金辉

(中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津300220)

超声波清洗技术是半导体材料制备的主要清洗方法，极大地提高了半导体材料制备的工作效率和清洗效果。阐述了超声波清洗作用原理。通过调节超声机功率密度、频率，进行晶片去蜡清洗实验，验证、分析了超声清洗过程中超声机功率密度、频率对晶片去蜡清洗的影响。

超声波 去蜡 功率密度 频率

0 引 言

超声波清洗速度快、质量好，并能大大降低环境污染，因此被广泛应用于工业领域。电子行业是超声波清洗应用最早、最为普及的行业。电子零件和电子元器件的基体清洗都需要采用超声波清洗。同时，该项技术还被晶片去蜡工艺采用，并发展成为主流去蜡工艺，极大的提高了晶片去蜡工艺的工作效率。

1 超声波清洗的作用原理

1.1 超声波清洗设备

超声波清洗设备由超声波发生器和换能器组成(见图 1)。

超声波发生器可以将低频电转变成20,kHz以上的高频电信号，通过高频电缆输送到换能器上。一般将超声波换能器固定在清洗槽的底板上，清洗槽内装满液体，当换能器被加上高频电压后，它的压电陶瓷元件在电场作用下便产生纵向振动。超声波换能器是一种高效率的换能元件，能将电能转换成强有力的超声波振动。在产生超声波振动时，相当于一个小的活塞，振幅很小，约几微米，但振动加速度很大(几十至几千个 g)。清洗槽上有多个换能器，当施加相同的频率及相位的电能时，就合成了一个巨大的活塞，进行往复振动。这种振动通过固定换能器的底板传播到清洗液，在清洗液中传播就达到了对浸入其中的工件进行清洗的目的。[1]

图1 超声波清洗机示意图Fig.1 Schematic diagram of an ultrasonic cleaning machine

1.2 超声清洗效应

当超声波在介质中传播时，与介质相互作用，使介质发生物理和化学变化，从而产生一系列力学、热学、电磁学和化学超声效应。在超声波去蜡清洗中，主要利用超声波的空化作用与机械效应(直进流作用和加速度)。

空化作用就是超声波以每秒 2万次以上的压缩力和减压力交互的高频变换方式对液体进行透射。在减压力作用下，液体中产生真空核群泡；在压缩力作用下，真空核群泡被压力压碎，产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净的目的。

超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在 0.5,W/cm2时，肉眼能看到直进流，其垂直于振动面产生流动，流速约为10,cm/s。通过直进流，被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起到了很大的作用。

加速度是液体粒子推动产生的。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。

2 超声去蜡实验

通过超声清洗效应分析，可以看出：超声波主要通过空化作用、直进流作用和加速度来达到清洗的目的。在超声过程中，超声频率低，则空化作用强，加速度和直进流作用不显著；超声频率高，则空化作用弱，加速度和直进流起主要作用。因此我们进行 3组超声去蜡实验，通过改变超声波的功率密度和频率来更直观地了解超声波清洗技术在去蜡工艺中的应用。

2.1 超声去蜡实验与结果

先准备 30片硅抛光片(硅片背面按照特殊化抛工艺进行加工，背面容易损伤，出现软划道)，在每个晶片的背面均匀涂抹蜡液，待蜡液干燥后，将晶片分成 3组，每组 10片进行去蜡实验，并且选用碱性去蜡液。3组实验参数如表1所示。

去蜡结束后，将晶片清洗甩干，在荧光灯下观察晶片背面去蜡状况。实验一，去蜡超声后，晶片背面呈现点状白印；实验二，去蜡超声后，晶片背面有白色条状印痕，且印痕都呈现从载片花篮底部向上的分散状；实验三，去蜡超声后，晶片背面完好，与晶片抛光前状态一致。

表1 超声去蜡实验参数与结果Tab.1 Parameters of ultrasound dewaxing experiments and test results

2.2 结果分析

实验一中，选用的是低频率超声波。低频超声波常被用于清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。在需要高功率去除污垢而不用考虑工件表面损伤的应用中，通常选择 20～30,kHz范围内的较低清洗频率。本实验选用频率30,kHz、功率密度1,W/cm2的超声波，空化作用异常强烈，对硅抛光片表面造成了损伤，因此晶片背面出现了点状白印，即为超声造成的损伤。

实验二中，选用的是半导体材料制备工艺中的常用功率，并且已经被业界一致认可。但选用的超声波功率密度为 1,W/cm2，对于一般硅抛光的去蜡清洗没有任何问题，但由于所选用的晶片为背面较容易出现损伤的晶片，因此超声功率密度较大，超声的加速度和直进流作用很强，造成了晶片由超声槽底向上的白印。

实验三在实验二的基础上降低了超声波的功率密度，选用的超声波功率密度为 0.5,W/cm2，通过降低超声波的加速度和直进流作用，获得了较好的实验结果。

3 结 语

超声波清洗技术主要通过超声波的空化、加速度和直进流作用来达到晶片清洗的目的，必须根据实际清洗需求，选择合适的超声波频率和功率密度完成晶片的清洗。

［1］ 梁治齐，张宝旭. 清洗技术[M]. 北京：中国轻工业出版社，1998.

Study on Ultrasonic Dewaxing Cleaning Technology

ZHAO Jinhui
(The 46th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Tianjin 300220，China)

As a main cleaning technique for the preparation of semiconductor materials，ultrasonic cleaning technology has greatly improved the work efficiency of semiconductor material preparation and their cleaning effect. This paper introduced the principle of ultrasonic cleaning and through the adjustment of ultrasound machine’s power density and frequency and the chip design for a dewaxing cleaning experiment，the effects of power density and frequency on wafer dewaxing were verified and analyzed.

ultrasonic wave；dewaxing；power density；frequency

TN305.97

A

1006-8945(2014)11-0003-02

2014-10-10