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清洗通常是指在不破壞材料表面特性及電特性的前提下,有效地清除殘留在材料上的微塵、金屬離子及有機物雜質。目前已廣泛應用的物理化學清洗方法,大致可分為兩類:濕法清洗和干法清洗。微電子工業中的清洗也同樣是一個很廣的概念,包括任何與去除污染物有關的工藝。

濕法清洗在現階段的微電子清洗工藝中還占據主導地位。但是從對環境的影響、原材料的消耗及未來發展上看,干法清洗要明顯優于濕法清洗。

干法清洗有等離子清洗、紫外光清洗、激光清洗、干冰清洗等等。其中發展較快、優勢明顯的就是等離子清洗技術。目前,等離子清洗已逐步在半導體制造、微電子封裝、塑料和陶瓷等表面活化、精密機械等行業開始普遍應用。其獨特的優越性正逐步被國內各行業所認可。

干法等離子清洗

等離子清洗的機理

等離子體是部分電離的氣體,是物質常見的固體、液體、氣態以外的第四態。等離子體由電子、離子、自由基、光子以及其他中性粒子組成。由于等離子體中的電子、離子和自由基等活性粒子的存在,其本身很容易與固體表面發生反應。

干法等離子清洗的機理,主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的。就反應機理來看,等離子清洗通常包括以下過程:無機氣體被激發為等離子態;氣相物質被吸附在固體表面;被吸附基團與固體表面分子反應生成產物分子;產物分子解析形成氣相;反應殘余物脫離表面。

等離子清洗技術的最大特點是不分處理對象的基材類型,均可進行處理,對金屬、半導體、氧化物和大多數高分子材料,如聚丙烯、聚乙烯、聚酰亞胺甚至聚四氟乙烯等都能很好地處理,并可實現整體和局部以及復雜結構的清洗。

等離子清洗還具有以下幾個特點:容易采用數控技術,自動化程度高;具有高精度的控制裝置,時間控制的精度很高;正確的等離子清洗不會在表面產生損傷層,表面質量得到保證;由于是在真空中進行,不污染環境,保證清洗表面不被二次污染。

等離子清洗分類

反應類型分類

等離子體與固體表面發生反應可以分為物理反應(離子轟擊)和化學反應。物理反應機制是活性粒子轟擊待清洗表面,使污染物脫離表面最終被真空泵吸走;化學反應機制是各種活性的粒子和污染物反應生成易揮發性的物質,再由真空泵吸走揮發性的物質。

以物理反應為主的等離子清洗,也叫做濺射刻蝕或離子銑,其優點在于本身不發生化學反應,清潔表面不會留下任何的氧化物,可以保持被清洗物的化學純凈性,腐蝕作用各向異性:缺點就是對表面產生了很大的損害,會產生很大的熱效應,對被清洗表面的各種不同物質選擇性差,腐蝕速度較低。以化學反應為主的等離子清洗的優點是清洗速度較高、選擇性好、對清除有機污染物比較有效,缺點是會在表面產生氧化物。和物理反應相比較,化學反應的缺點不易克服。并且兩種反應機制對表面微觀形貌造成的影響有顯著不同,物理反應能夠使表面在分子級范圍內變得更加“粗糙”,從而改變表面的粘接特性。還有一種等離子清洗是表面反應機制中物理反應和化學反應都起重要作用,即反應離子刻蝕,兩種清洗可以互相促進,離子轟擊使被清洗表面產生損傷削弱其化學鍵或者形成原子態,容易吸收反應劑,離子碰撞使被清洗物加熱,使之更容易產生反應;其效果是既有較好的選擇性、清洗率、均勻性,又有較好的方向性。

典型的等離子體物理清洗工藝是氬氣等離子清洗。氬氣本身是惰性氣體,等離子體的氬氣不和表面發生反應,而是通過離子轟擊使表面清潔。典型的等離子體化學清洗工藝是氧氣等離子清洗。通過等離子體產生的氧自由基非常活潑,容易與碳氫化合物發生反應,產生二氧化碳、一氧化碳和水等易揮發物,從而去除表面的污染物。

濕法清洗雖然在現有的微電子封裝生產中占據主要地位,但是其帶來的環境以及原料消耗問題不容忽視。而作為干法清洗中最有發展潛力的等離子清洗,則具有不分材料類型均可進行清洗、清洗質量好、對環境污染小等優點。干法等離子清洗技術在微電子封裝、半導體制造、光電行業、醫學行業等多領域中具有廣泛的應用,主要用于去除表面污物和表面刻蝕等,工藝的選擇取決于后序工藝對材料表面的要求、材料表面的原有特征、化學組成以及表面污染物性質。特別是將等離子清洗引入微電子封裝中,能夠顯著改善封裝質量和可靠性。