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          新聞資訊
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          兆聲波清洗工藝——超精密拋光元件

          化學機械拋光(ChemicalMechanicalPolishing,簡稱CMP)技術是目前最好的實現全局平面化的工藝技術,加工表面具有納米級表面精度和亞納米級表面粗糙度(Ra≤0.3nm),同時表面和亞表面無損傷,已接近表面加工的極限。CMP技術已廣泛應用在集成電路、計算機磁頭、硬磁盤及光學透鏡等超精密元件表面的加工。隨著現代科學技術的不斷進步,集成技術水平不斷提高,器件尺寸不斷縮小,對CMP拋光硅晶片的表面質量要求越來越高。晶片表面的顆粒、有機物、金屬及吸附分子等污染物會嚴重影響元器件的性質,目前因清洗不佳引起的電子器件失效已超過集成電路制造中損失的一半,CMP后表面清洗質量的高低已嚴重影響到電子元器件的性能、可靠性和穩定性。

          由于CMP拋光后新鮮表面活性較高,以及CMP拋光液中大量使用納米級磨料(如納米SiO2,CeO2和Al2O3等)和多種化學品等因素,工件表面極易吸附納米顆粒、有機物和無機物等污染物,導致CMP拋光后元器件表面清洗特別困難。這些污染物很容易引起微結構缺陷,導致低擊穿、軟擊穿、漏電及芯片短路等問題。原子級表面粗糙度、無微觀缺陷以及超潔凈的表面已成為高技術電子元器件制造中的共同要求。因此,CMP精密拋光表面的超精密清洗技術已成為超精加工技術中急待研究解決的關鍵難題之一。

          CMP拋光元件表面清洗技術研究現狀

          對于CMP后超光滑表面的清洗技術研究,國內外科研人員開發了多種清洗方法,如浸泡、噴淋、擦洗、超聲波和兆聲波等清洗方法。其中,浸泡和噴淋大多作為中間過程。擦洗是一種傳統的手工接觸式清洗方法,這種方法應用廣泛、成本較低,但存在效率低、清潔度差的問題,不適宜自動化加工工藝的要求;同時,手工擦洗時由于需要依靠擦洗刷與硅片表面直接接觸,常常會造成新的表面污染(如表面損傷、手印等)。

          超聲波清洗作為非接觸表面清洗方法,以其清洗方便、殘留物少、時間短、效率高等優點得到廣泛應用。超聲波清洗的頻率在20~40kHz,其清洗原理主要是利用超聲波的空化效應,即存在于液體中的微氣泡(空化核)在聲場的作用下振動。當聲壓達到一定值時,氣泡會迅速膨脹,繼而突然閉合,并在閉合時產生強大沖擊波,使附著的污染物脫離表面。但超聲波主要是用來清除表面吸附的較大粒子污染雜質(如粒徑1mm以上粒子),隨著吸附粒子粒徑的減小,清洗效果下降,對于中心粒徑0.2mm以下納米級污染物,不易清除下來;同時,該頻率下產生的駐波往往會對硅晶片產生損傷。為滿足IT行業發展需求,近年來兆聲波清洗得到了一定的重視,并獲得了前所未有的清洗效果,目前已在CMP超精加工技術中得到廣泛的應用。

          兆聲波清洗作用原理

          兆聲波清洗是由超聲波清洗發展而來的,主要原理是采用高頻(0.1~1.0MHz)交流電激勵壓電陶瓷晶體,使它產生振動,振動產生0.8MHz的高能聲波,通過兆聲振板傳遞到清洗液中,清洗液分子在這種聲波的推動下作加速運動,最大瞬時速度達到30cm/s。由于頻率太高,聲波在溶液中很難發生空化效應,清洗時不會形成超聲波清洗那樣的氣泡,而是利用高頻聲波能量使溶液以加速的液體形式,連續沖擊硅片表面,使晶片表面吸附的顆粒等污染物離開晶片進入溶液中,從而達到去除硅晶片表面污染物的目的。與超聲波清洗相比,超聲波清洗難以清除小于1μm以下的微粒;兆聲波清洗對表面損傷較小,可以清除0.2μm以下粒子。

          CMP拋光后表面清洗質量直接關系到CMP技術水平高低。目前,兆聲波清洗已成為CMP后超精密清洗的一種有效方法。在兆聲波清洗過程中,清洗設備、工藝參數及清洗藥劑的選擇,對超光滑表面的清洗質量影響較大。因此,正確掌握和應用兆聲波清洗技術,對CMP超精密拋光加工技術的發展起推動作用,對電子元器件的生產以及提高電子產品的性能、可靠性與穩定性起至關重要的作用。

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