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　　在集成電路的(de)制程(cheng)中(zhong)，會產生許多(duo)種類(lei)的(de)污(wu)染(ran)物，包括氟化(hua)樹(shu)脂、氧化(hua)物、環氧樹(shu)脂、焊(han)料、光刻蝕劑等，這些污(wu)染(ran)物將嚴(yan)重(zhong)影(ying)響集成電路及其(qi)元器(qi)件的(de)可靠性和合格率。等離(li)子清洗作為一種能有效去除表面污(wu)染(ran)物的(de)工(gong)藝技術被(bei)廣(guang)泛(fan)應用于集成電路的(de)制程(cheng)中(zhong)。

　　隨著工(gong)藝技術水平(ping)的(de)(de)(de)(de)不(bu)斷提(ti)高，集(ji)(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)規模和復雜程度越來越高，生產(chan)中采用的(de)(de)(de)(de)新材料、新結構、新器件不(bu)斷出現(xian)(xian)，傳統等(deng)離子(zi)清(qing)洗(xi)技術在去(qu)除表面污染物的(de)(de)(de)(de)同時卻不(bu)能(neng)有(you)效避免(mian)靜(jing)電(dian)(dian)(dian)損傷。在日常工(gong)作中，個(ge)人身體所帶的(de)(de)(de)(de)靜(jing)電(dian)(dian)(dian)勢在1~2kV的(de)(de)(de)(de)區間內，人體一般無(wu)法(fa)(fa)(fa)察(cha)覺到這(zhe)(zhe)個(ge)電(dian)(dian)(dian)壓范圍內的(de)(de)(de)(de)靜(jing)電(dian)(dian)(dian)，但敏(min)感(gan)的(de)(de)(de)(de)集(ji)(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)卻無(wu)法(fa)(fa)(fa)承受這(zhe)(zhe)個(ge)水平(ping)的(de)(de)(de)(de)靜(jing)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓而受到損傷，并且90%的(de)(de)(de)(de)靜(jing)電(dian)(dian)(dian)損傷是無(wu)法(fa)(fa)(fa)檢測，只有(you)在使(shi)用時才會被發現(xian)(xian)，這(zhe)(zhe)就嚴重(zhong)影響(xiang)集(ji)(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)成品率和可(ke)靠性，這(zhe)(zhe)對于(yu)敏(min)感(gan)電(dian)(dian)(dian)路(lu)來說卻是不(bu)允許(xu)的(de)(de)(de)(de)，基于(yu)這(zhe)(zhe)個(ge)工(gong)藝要求，在清(qing)洗(xi)工(gong)藝中去(qu)除污染物的(de)(de)(de)(de)同時避免(mian)靜(jing)電(dian)(dian)(dian)損傷就顯得尤為重(zhong)要。本文針對集(ji)(ji)成電(dian)(dian)(dian)路(lu)制程需求，充分(fen)利用現(xian)(xian)有(you)成熟(shu)等(deng)離子(zi)清(qing)洗(xi)技術，重(zhong)點(dian)介紹了(le)微波等(deng)離子(zi)清(qing)洗(xi)機及工(gong)藝驗證(zheng)。

　　等離(li)子(zi)體是物(wu)質存在的一種基本形態(tai)（被(bei)稱(cheng)為(wei)物(wu)質的第四態(tai)），是由原子(zi)，電子(zi)，分(fen)子(zi)，離(li)子(zi)或自由基組合而成，等離(li)子(zi)清(qing)洗(xi)就是通過(guo)物(wu)理(li)、化學作用(yong)對被(bei)清(qing)洗(xi)物(wu)表(biao)面(mian)進行處理(li)，實現去除分(fen)子(zi)水平污染(ran)物(wu)的一種工藝過(guo)程，同時也(ye)可(ke)提高其表(biao)面(mian)活性(xing)。

　　1.1微波等離子發生原理

　　微波(bo)(bo)等離子是由工(gong)(gong)作頻(pin)率為2.45GHz的微波(bo)(bo)激(ji)發(fa)工(gong)(gong)藝氣(qi)體放電(dian),在正負極磁場作用下(xia)的諧(xie)振(zhen)腔(qiang)體內產(chan)生(sheng)(sheng)等離子體，該諧(xie)振(zhen)腔(qiang)體位于反應倉(cang)體旁邊，磁控(kong)管(guan)連接微波(bo)(bo)發(fa)生(sheng)(sheng)器，因為整個放電(dian)過程不需要正負電(dian)極，所(suo)以(yi)產(chan)生(sheng)(sheng)自偏壓(ya)(ya)極小，從根本(ben)上避免(mian)了靜電(dian)放電(dian)損傷。等離子體激(ji)發(fa)頻(pin)率和自偏壓(ya)(ya)的關系如(ru)圖1所(suo)示。

　　1.2微波等離子清洗特點

　　微波等(deng)(deng)離子清洗與傳統濕法清洗相(xiang)比(bi)，不(bu)(bu)需要使用(yong)大量(liang)的(de)酸(suan)、堿、有(you)機溶劑等(deng)(deng)，不(bu)(bu)會給環(huan)境帶(dai)來任(ren)何(he)污染(ran)，有(you)利于(yu)環(huan)保和(he)人員安全，同時該清洗技(ji)術的(de)均勻性、重復性和(he)可控(kong)性非(fei)常好，具有(you)三維處理能力(li)，可以(yi)進行方(fang)向選擇。微波等(deng)(deng)離子清洗與低頻或射(she)(she)頻放(fang)電產(chan)生(sheng)的(de)等(deng)(deng)離子體(ti)相(xiang)比(bi)，它的(de)特(te)點是沒有(you)正負(fu)電極，自偏壓很小(xiao)(xiao)，不(bu)(bu)會產(chan)生(sheng)放(fang)電污染(ran)，有(you)效(xiao)防止(zhi)靜電損傷；等(deng)(deng)離子密度高(gao)，生(sheng)產(chan)效(xiao)率高(gao)；離子運動沖擊小(xiao)(xiao)，不(bu)(bu)會產(chan)生(sheng)UV（紫外線）輻射(she)(she)，尤其適用(yong)于(yu)一些敏感電路的(de)制程清洗。

　　本研究對象是中(zhong)國電子科技集團公司第二研究所(suo)自主研發的DQX-310微(wei)波等離子清洗機，設(she)備結構由五部分組(zu)成：外殼框架(jia)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)、微(wei)波放電系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)、真(zhen)空(kong)(kong)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)、供氣(qi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)和控制(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)。該設(she)備控制(zhi)方(fang)(fang)式為工(gong)控機 PLC，操(cao)作(zuo)方(fang)(fang)式包括自動模(mo)式和手動模(mo)式，在自動模(mo)式下(xia)將不(bu)同工(gong)藝參數按照配方(fang)(fang)方(fang)(fang)式管(guan)理，可同時存儲50組(zu)不(bu)同的配方(fang)(fang)。設(she)備設(she)計有工(gong)作(zuo)氣(qi)體耗盡報(bao)(bao)警、壓(ya)(ya)縮空(kong)(kong)氣(qi)壓(ya)(ya)力低于設(she)定值(zhi)報(bao)(bao)警、泵熱過載報(bao)(bao)警、反(fan)應(ying)倉泄(xie)露(lu)率過大(da)報(bao)(bao)警等安全功能。圖2為設(she)備組(zu)成示意圖及實物照片。

　　2.1工藝流程及參數

　　微波等(deng)(deng)離(li)子(zi)清(qing)(qing)洗(xi)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)流(liu)程(cheng)及其工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)參數決(jue)定著清(qing)(qing)洗(xi)質量，工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)流(liu)程(cheng)包(bao)括抽真空(kong)、充放(fang)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)氣體(ti)(ti)(ti)、輝光(guang)放(fang)電(dian)、凈化和(he)平衡，工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)參數包(bao)括放(fang)電(dian)功率、氣體(ti)(ti)(ti)種類(lei)、氣體(ti)(ti)(ti)流(liu)量和(he)輝光(guang)放(fang)電(dian)時(shi)間，不(bu)同(tong)的(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)參數設置直接影響微波等(deng)(deng)離(li)子(zi)體(ti)(ti)(ti)清(qing)(qing)洗(xi)效(xiao)果(guo)，因此針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)的(de)清(qing)(qing)洗(xi)對(dui)象(xiang)和(he)制程(cheng)要求應該設置適當的(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)參數以便進(jin)行(xing)清(qing)(qing)洗(xi)。根據我所(suo)在射頻等(deng)(deng)離(li)子(zi)清(qing)(qing)洗(xi)方面多(duo)年的(de)研發(fa)經(jing)驗制定微波等(deng)(deng)離(li)子(zi)清(qing)(qing)洗(xi)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)流(liu)程(cheng)圖，如圖3所(suo)示。

　　2.2清洗模式設計

　　集成電路制(zhi)程中(zhong)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)過程會(hui)使用(yong)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)物料(liao)盒(he)(he)來(lai)存(cun)放工(gong)(gong)件，主要分(fen)為(wei)半封閉式(shi)(shi)和敞開式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)物料(liao)盒(he)(he)，這就(jiu)要求清(qing)(qing)洗(xi)(xi)機有很好的(de)(de)(de)(de)(de)兼容性，因此我們在微波等離子清(qing)(qing)洗(xi)(xi)機中(zhong)設(she)計了三種清(qing)(qing)洗(xi)(xi)模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)，分(fen)別是ECR模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)，順流模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)和旋(xuan)轉(zhuan)模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)，可通過觸摸屏進(jin)行切換，其中(zhong)旋(xuan)轉(zhuan)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)和ECR清(qing)(qing)洗(xi)(xi)模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)適(shi)(shi)用(yong)于敞開式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)物料(liao)盒(he)(he)，順流清(qing)(qing)洗(xi)(xi)模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)適(shi)(shi)用(yong)于半封閉的(de)(de)(de)(de)(de)物料(liao)盒(he)(he)，同(tong)時(shi)清(qing)(qing)洗(xi)(xi)模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)對反應腔(qiang)體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)真空度要求也不一樣(yang)，關系如圖4所示(shi)，ECR清(qing)(qing)洗(xi)(xi)模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)所需(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)真空度要求更(geng)低，相(xiang)比另外兩種模(mo)(mo)(mo)(mo)式(shi)(shi)效果更(geng)好，去除污染物的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)更(geng)強。

　　3.1微波導入

　　微(wei)波導入是通(tong)過(guo)放(fang)(fang)電(dian)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)將(jiang)微(wei)波能量轉(zhuan)移到工(gong)(gong)藝氣體(ti)分子上(shang)，同時(shi)促使氣體(ti)電(dian)離從而產生等離子體(ti)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種過(guo)程，其放(fang)(fang)電(dian)的(de)(de)(de)(de)效率(lv)直接影響著清(qing)洗質量。微(wei)波放(fang)(fang)電(dian)的(de)(de)(de)(de)原理分為(wei)矩(ju)形波導管(guan)電(dian)場放(fang)(fang)電(dian)法(fa)(fa)和空腔諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)耦(ou)合(he)法(fa)(fa)兩種，考慮到放(fang)(fang)電(dian)效率(lv)，我們(men)選擇(ze)采(cai)用(yong)空腔諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)耦(ou)合(he)法(fa)(fa)來(lai)進行(xing)微(wei)波導入。空腔諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)耦(ou)合(he)放(fang)(fang)電(dian)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)原理是選擇(ze)在(zai)空腔諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)電(dian)磁感應最強的(de)(de)(de)(de)位置加工(gong)(gong)一(yi)個圓形孔洞，把放(fang)(fang)電(dian)管(guan)安(an)(an)裝在(zai)這(zhe)個圓孔上(shang)，這(zhe)樣(yang)做是可以(yi)使空腔諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)場方向和放(fang)(fang)電(dian)管(guan)的(de)(de)(de)(de)方向平行(xing)，通(tong)過(guo)安(an)(an)裝在(zai)諧(xie)(xie)振(zhen)(zhen)器(qi)(qi)(qi)末端的(de)(de)(de)(de)短路器(qi)(qi)(qi)來(lai)調整其長度(du)。同時(shi)在(zai)放(fang)(fang)電(dian)管(guan)的(de)(de)(de)(de)外部安(an)(an)裝一(yi)段保(bao)護管(guan)，可以(yi)避免(mian)微(wei)波從圓孔和放(fang)(fang)電(dian)管(guan)的(de)(de)(de)(de)縫隙中泄(xie)露(lu)。為(wei)了(le)(le)提(ti)高(gao)放(fang)(fang)電(dian)管(guan)的(de)(de)(de)(de)耐熱強度(du)，我們(men)選擇(ze)了(le)(le)熱損耗極(ji)小的(de)(de)(de)(de)石英管(guan)或者是氧化鋁管(guan)。

　　3.2負載與微波源的匹配

　　與射頻等離(li)子清洗的(de)匹配(pei)(pei)性相比(bi),微(wei)波(bo)等離(li)子清洗機(ji)的(de)匹配(pei)(pei)性更加困難,主(zhu)要(yao)由(you)于微(wei)波(bo)反饋(kui)過程中,如果不能精確的(de)進(jin)行(xing)負(fu)載調節,微(wei)波(bo)源將很容易造成(cheng)損(sun)傷。所以說精確的(de)匹配(pei)(pei)性調節是獲得優良清洗效果的(de)必(bi)要(yao)條件。微(wei)波(bo)源配(pei)(pei)備(bei)合適的(de)匹配(pei)(pei)系(xi)統可(ke)以根(gen)據清洗腔體及(ji)(ji)產品等清洗條件的(de)不同進(jin)行(xing)負(fu)載阻抗自動調節，使清洗效果及(ji)(ji)一致性達(da)到最(zui)佳。

　　隔離器是一種降低負(fu)載變動防止(zhi)反(fan)射波(bo)(bo)對磁(ci)(ci)控(kong)(kong)管(guan)影響的(de)(de)元器件，可以(yi)將負(fu)載的(de)(de)變動導致(zhi)的(de)(de)磁(ci)(ci)控(kong)(kong)管(guan)輸出功率和(he)發振(zhen)頻率的(de)(de)變化幅(fu)度(du)抑制在一定(ding)范(fan)圍(wei)內，減(jian)少磁(ci)(ci)控(kong)(kong)管(guan)收到反(fan)射波(bo)(bo)的(de)(de)影響，延長微波(bo)(bo)源及磁(ci)(ci)控(kong)(kong)管(guan)的(de)(de)使(shi)(shi)用壽命(ming)。將“隔離器”接入到微波(bo)(bo)傳(chuan)輸線(xian)中，可以(yi)使(shi)(shi)入射波(bo)(bo)通過后幾(ji)乎無衰減(jian)，而利用模(mo)擬負(fu)載使(shi)(shi)反(fan)射波(bo)(bo)在旋(xuan)轉90°之(zhi)后被吸收掉(diao)。尤(you)其是在負(fu)載條件不穩定(ding)的(de)(de)情況下，能夠有效避(bi)免微波(bo)(bo)源及磁(ci)(ci)控(kong)(kong)管(guan)遭受反(fan)射損傷。

　　集(ji)成(cheng)電路制程(cheng)工(gong)藝中鍵(jian)合失效是(shi)主要(yao)原因之(zhi)一，據統計約有30%的(de)產品失效來源于鍵(jian)合缺(que)陷，嚴(yan)重影響集(ji)成(cheng)電路的(de)可靠(kao)性(xing)。微(wei)(wei)波(bo)(bo)等離子(zi)清(qing)洗可有效去(qu)除(chu)鍵(jian)合區的(de)污染(ran)物，提升鍵(jian)合質量，因此我(wo)們選(xuan)擇集(ji)成(cheng)電路引(yin)線鍵(jian)合前的(de)清(qing)洗來驗證微(wei)(wei)波(bo)(bo)等離子(zi)清(qing)洗效果。實驗選(xuan)用中國電子(zi)科技集(ji)團公司第二研(yan)究(jiu)所研(yan)制的(de)DQX-310微(wei)(wei)波(bo)(bo)等離子(zi)清(qing)洗機、THETA接觸角測試儀(yi)和DAGE-SERIES-4000TPXY拉力測試儀(yi)。

　　4.1實驗方案

　　實(shi)驗針(zhen)對(dui)(dui)以(yi)下(xia)內容(rong)進行：采(cai)用“95%氬氣(qi)(qi)＋5%氫氣(qi)(qi)”的(de)混合氣(qi)(qi)體(ti)作為(wei)實(shi)驗中(zhong)的(de)工藝氣(qi)(qi)體(ti)；選擇不同的(de)工藝參數(shu)(shu)，包括放(fang)電功(gong)率、放(fang)電時間和(he)氣(qi)(qi)體(ti)流(liu)量，在實(shi)驗條件和(he)其他參數(shu)(shu)不變的(de)前提下(xia)，分別變換3個參數(shu)(shu)探(tan)究對(dui)(dui)清(qing)洗效果(guo)的(de)影響。通過清(qing)洗前后接(jie)觸角和(he)鍵合強度的(de)檢測來驗證清(qing)洗效果(guo)。

　　4.2實驗結論

　　通過微波(bo)等離子清洗后，工(gong)件(jian)表面(mian)的(de)(de)(de)污染物明顯(xian)減少，接(jie)(jie)觸角明顯(xian)降低(di)，有(you)效改善結(jie)合(he)區域的(de)(de)(de)表面(mian)浸潤性，且發現對(dui)接(jie)(jie)觸角的(de)(de)(de)影響主次(ci)依次(ci)排序：工(gong)藝(yi)(yi)氣體流量＞放電功率＞放電時間，適合(he)實驗工(gong)件(jian)的(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)(yi)參數清洗后接(jie)(jie)觸角測試結(jie)果如表1所示(shi)；鍵(jian)合(he)強(qiang)度普遍提(ti)高，拉力(li)測試平(ping)均提(ti)升26.12%。

　　微波(bo)(bo)等離(li)(li)子(zi)清(qing)洗具(ju)有激發頻(pin)率高(gao)、自偏壓小、離(li)(li)子(zi)動能小、離(li)(li)子(zi)濃度高(gao)、化學反應強等特點，可以有效避(bi)免靜電損(sun)傷、實現均勻的三維(wei)清(qing)洗，與傳統等離(li)(li)子(zi)清(qing)洗（超聲或射頻(pin)）相(xiang)比(bi)，微波(bo)(bo)等離(li)(li)子(zi)清(qing)洗可以產生具(ju)有優良特性的等離(li)(li)子(zi)體，所以微波(bo)(bo)等離子清洗機在集(ji)成電路制程中(zhong)，尤其是(shi)可靠性要求(qiu)極高的(de)軍(jun)用集(ji)成電路生產過程中(zhong)發揮(hui)著舉足輕(qing)重的(de)作用，市場前景十分廣闊。