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聊一聊半導體工業中的超聲波清洗

聲波是聲音的傳播形式,聲波是一種機械波,由聲源振動產生,人耳可以聽到的聲波的頻率一般在20Hz(赫茲)至20kHz之間。

聊一聊半導體工業中的超聲波清洗

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聲音始於空氣質點的振動,這些振動一起推動鄰近的空氣分子,而輕微增加空氣壓力。壓力下的空氣分子隨後推動周圍的空氣分子,後者又推動下一組分子,依此類推。高壓區域穿過空氣時,在後面留下低壓區域。當這些壓力波的變化到達人耳時,會振動耳中的神經末梢,我們將這些振動聽為聲音。

聲波在不同的介質中傳播速度顯著不同 -百度百科

  • 空氣:常溫常壓下聲波速度是344m/s
  • 淡水:為1430m/s
  • 海水:1500m/s
  • 鋼鐵:5800m/s
  • 鋁:6400m/s
  • 石英玻璃:5370m/s
  • 橡膠:30-50m/s。

介質的溫度、壓力變化,聲速也隨著改變。通常所指的常溫是指20℃時的氣溫,當氣溫降到零度,聲波在空氣中傳播的速度則將為331.5m/s,而氣溫每升高1℃,聲速就增加0.607m/s。

根據聲波頻率的不同,可以分為以下幾類:-百度百科

  • 頻率低於20Hz的聲波稱為次聲波或超低聲;
  • 頻率20Hz~20kHz的聲波稱為可聞聲;
  • 頻率20kHz~1GHz的聲波稱為超聲波;
  • 頻率大於1GHz的聲波稱為特超聲或微波超聲。

聊一聊半導體工業中的超聲波清洗

聲波示意圖

超聲波是一種波長極短的機械波 @ 橫波,衍射能力差,各向異性良好,易散射。它必須依靠介質進行傳播,無法在真空中傳播。可用於清洗、碎石、殺菌消毒等。

聊一聊半導體工業中的超聲波清洗

網路圖片

橫向波-S波:

  • 波的傳播方向和質點震動方向垂直
  • 固體中可傳播
  • 氣體和液體中不可傳播
  • 聲音在氣體和液體中不可傳播

縱向波-P波:

  • 波的傳播方向和質點震動方向相同:
  • 固體中可傳播
  • 氣體和液體中可傳播

聲波是一種機械波 @ 橫波,遵循機械能守恆原理。超聲波也不例外,超聲波的傳播要依靠彈性介質,其傳播時,使彈性介質中的粒子振盪,並透過介質按超聲波的傳播方向傳遞能量。

基於氣體和液體的可壓縮性,導致橫向波無法在氣體和液體中傳播。聲波是一種機械能,能量是守恆的,但又無法傳播,怎麼辦?是不是憋死了,不會的。

聲波在液體中會引起質點振動,質點振動的加速度與超聲頻率的平方成正比,如果是超聲波會產生極大的作用力,強超聲波在液體中傳播時,由於非線性作用,會產生聲空化。

超聲在空化氣泡突然閉合時發出的衝擊波可在其周圍產生上千個大氣壓力,對汙層的直接反覆衝擊,一方面破壞汙物與清洗件表面的吸附,另一方面也會引起汙物層的破壞而脫離清洗件表面並使它們分散到清洗液中。氣泡的振動也能對固體表面進行擦洗。氣泡還能“鑽入”裂縫中做振動,使汙物脫落。對於有油脂性汙物,由於超聲空化作用,兩種液體在介面迅速分散而乳化,當固體粒子被油汙裹著而粘附在清洗件表面時,油被乳化,固體粒子即脫落。空化氣泡在振動過程中會使液體本身產生環流,即所謂聲流。他可使振動氣泡表面存在很高的速度梯度和粘滯應力,促使清洗件表面汙物的破壞和脫落,超聲空化在固體和液體表面上所產生的高速微射流能夠除去或削弱邊界汙層,腐蝕固體表面,增加攪拌作用,加速可溶性汙物的溶解,強化化學清洗劑的清洗作用。此外,超聲振動在清洗液中引起質點很大的振動速度和加速度,亦使清洗件表面的汙物受到頻繁而激烈的衝擊。簡單來說,養過寵物的朋友清楚,比如小狗,在洗澡後必須趕緊擦乾吹乾,然後才能拉進房間。如果不擦乾,會發生什麼?狗狗會渾身抖動,然後水跡四射,滿房間都是,讓鏟屎官非常火大。對,就是“”,超聲波清洗就是類似的機理。

超聲波清洗(ultrasonic cleaning)是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和汙物直接、間接的作用,使汙物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。

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超聲清洗箱

半導體工業中實際清洗過程通常會採用多種清洗介質,如:各種化學品和去離子水等,同時也會採用各種清洗方法:RCA清洗法、稀釋化學法、 IMEC清洗法、單晶片清洗 等等

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最後來聊聊,清洗什麼,怎麼清洗

顆粒,

  • 顆粒主要是一些聚合物、抗蝕劑和蝕刻雜質等。通常顆粒粘附在矽表面,影響下一工序幾何特徵的形成及電特性。根據顆粒與表面的粘附情況分析,其粘附力雖然表現出多樣化,但主要是範德瓦爾斯吸引力,所以對顆粒的去除方法主要以物理或化學的方法對顆粒進行底切,逐漸減小顆粒與矽表面的接觸面積,最終將其去除。

有機物

  • 有機物雜質在IC製程中以多種形式存在,如人的面板油脂、淨化室空氣、機械油、矽樹脂真空脂、光致抗蝕劑、清洗溶劑等。每種汙染物對IC 製程都有不同程度的影響,通常在晶片表面形成有機物薄膜阻止清洗液到達晶片表面。因此有機物的去除常常在清洗工序的第一步進行。

金屬汙染物

  • IC電路製造過程中採用金屬互連材料將各個獨立的器件連線起來,首先採用光刻、蝕刻的方法在絕緣層上製作接觸視窗,再利用蒸發、濺射或化學汽相沉積(CVD)形成金屬互連膜,如Al-Si,Cu等,透過蝕刻產生互連線,然後對沉積介質層進行化學機械拋光(CMP)。這個過程對IC製程也是一個潛在的汙染過程,在形成金屬互連的同時,也產生各種金屬汙染。必須採取相應的措施去除金屬汙染物。

原生氧化物及化學氧化物

  • 矽原子非常容易在含氧氣及水的環境下氧化形成氧化層,稱為原生氧化層。矽晶圓經過SC-1和SC-2溶液清洗後,由於雙氧水的強氧化力,在晶圓表面上會生成一層化學氧化層。為了確保閘極氧化層的品質,此表面氧化層必須在晶圓清洗過後加以去除。另外,在IC製程中採用化學汽相沉積法(CVD)沉積的氮化矽、二氧化矽等氧化物也要在相應的清洗過程中有選擇的去除。

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注:部分內容來自網路,如有侵權請告知,謝謝

分類: 財經
時間: 2022-01-28

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