片盒清洗技術(shù)研究

寇雅娟

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津300220)

微電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體拋光片的表面潔凈要求越來(lái)越高，為了保證潔凈拋光晶片不受到二次污染（顆粒、金屬離子及有機(jī)沾污等），應(yīng)該對(duì)晶片包裝盒的潔凈度實(shí)施嚴(yán)格控制，其清洗技術(shù)是影響晶片潔凈度的重要因素[1]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

利用Lotus公司生產(chǎn)的Ilios片盒清洗機(jī)對(duì)100 mm（4英寸）包裝盒進(jìn)行清洗，變換清洗時(shí)間、溫度和添加劑，清洗后的包裝盒進(jìn)行目測(cè)檢查。事先測(cè)量過(guò)表面顆粒前值（利用Topcon公司的WM-7S表面分析儀）硅拋光片裝入清洗后的包裝盒，真空包裝防潮袋，做48 h傳輸模擬，取出晶片測(cè)量表面顆粒凈增值。

2 溫度對(duì)片盒清洗的影響

清洗過(guò)程中，片盒被固定在金屬梯架上，并在清洗機(jī)腔體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，去離子水在不同角度對(duì)包裝盒進(jìn)行噴淋，如圖1所示。

圖1中的結(jié)構(gòu)圖可以看出，清洗過(guò)程中片盒的溫度取決于清洗機(jī)腔體溫度和噴淋去離子水的溫度，前者通過(guò)緊貼在腔體內(nèi)壁的加熱器來(lái)控制，后者通過(guò)水箱中的加熱器來(lái)控制。實(shí)際工作中，通常利用改變?nèi)ルx子水的溫度來(lái)調(diào)節(jié)片盒的清洗效果。

圖1 片盒清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2給出了不同去離子水溫度清洗后的包裝盒對(duì)晶片表面的影響。

圖2 晶片表面在包裝盒內(nèi)的顆粒凈增情況

由圖2可以看出，在不同清洗溫度下，包裝盒內(nèi)晶片表面0.3 μm以上的顆粒沒(méi)有特別明顯的變化，這可以說(shuō)明如果晶片表面顆粒要求的粒徑在0.3 μm以上，則市售的包裝盒可以“開(kāi)盒即用”，不需要做清洗處理。圖2還顯示，粒徑在0.2～0.3 μm之間的顆粒是凈增變化比較明顯的，并且凈增值隨著去離子溫度的提高而下降，值得注意的是，在有些情況下（如圖中60℃左右）凈增呈現(xiàn)負(fù)值，這可能是晶片在存儲(chǔ)過(guò)程中表面顆粒被片盒所吸附造成的。隨著溫度的增加，當(dāng)水溫超過(guò)60℃時(shí)，凈增數(shù)目開(kāi)始變大，這有可能是因?yàn)楦邷氐乃赡軇?chuàng)造并攜帶更多的來(lái)自管路的雜質(zhì)，另外，我們發(fā)現(xiàn)在高溫清洗中，片盒由于高溫和機(jī)械旋轉(zhuǎn)的綜合作用會(huì)發(fā)生部分形變，導(dǎo)致其密封性能下降，這也可能是顆粒凈增值變大的原因。

3 干燥方式對(duì)片盒清洗的影響

片盒清洗后，一般有兩種干燥方式，一種是在潔凈室內(nèi)自然晾干或烤干，較傳統(tǒng)的片盒清洗機(jī)采用這種方式；另一種是高純氮?dú)饨Y(jié)合高旋轉(zhuǎn)甩干，目前大多數(shù)片盒清洗機(jī)采用這種方式。圖3給出了包裝盒的不同干燥方式下晶片表面顆粒的凈增情況。

圖3 片盒干燥方式對(duì)晶片顆粒凈增的影響

從圖3可以看出，室內(nèi)烤干的方式不適于片盒的干燥，這種方式下晶片表面的凈增數(shù)目最大，并且容易造成片盒的變形，旋轉(zhuǎn)吹干在一定程度上由于自然晾干，因?yàn)檫@種方式的干燥時(shí)間較短，受到二次污染的幾率相應(yīng)降低，但是梯架旋轉(zhuǎn)造成的清洗機(jī)腔體內(nèi)的氣體擾流似乎在一定程度上限制了這種干燥方式的潔凈能力，事實(shí)上，當(dāng)片盒旋轉(zhuǎn)吹干到35℃左右，再自然晾至室溫是目前較為合適的工藝。

4 活性劑對(duì)片盒清洗的影響

活性劑的添加在晶片清洗中被證明是一種有效去除顆粒的方式，它的原理是在晶片和顆粒之間鋪展開(kāi)，形成致密的保護(hù)層[2]。但是，在片盒清洗中，活性劑的添加并未顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。表1給出了兩種片盒清洗工藝對(duì)晶片表面質(zhì)量的影響。

當(dāng)前較為成熟的電子工業(yè)表面活性劑基本是基于晶片表面清洗的，并且往往結(jié)合超聲清洗和化學(xué)清洗，而用在片盒清洗工藝中則證明沒(méi)有明顯作用。

表1 活性劑對(duì)晶片表面質(zhì)量的影響

但是，活性劑的添加尚不能說(shuō)明沒(méi)有任何意義，晶片表面金屬離子和有機(jī)沾污的變化還有待于進(jìn)一步研究。

5 結(jié) 論

利用晶片表面顆粒凈增的方式考量片盒清洗效果，結(jié)果顯示，清洗溫度在60℃左右清洗效果最好，旋轉(zhuǎn)吹干結(jié)合自然晾干的方式能夠最大限度保證片盒的潔凈，添加表面活性劑對(duì)晶片表面顆粒凈增沒(méi)有明顯影響。以晶片有機(jī)沾污和金屬離子的變化量來(lái)衡量片盒清洗工藝的研究尚有待于進(jìn)一步研究。

[1]張厥宗.硅片加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]劉玉嶺，檀柏梅，找之雯，等.表面活性劑在半導(dǎo)體硅材料加工技術(shù)中的應(yīng)用[J]，河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33（4）72-76.