圓片清洗過程中靜電控制

李云海，李欣燕，章 文，丁榮崢

（無錫中微高科電子有限公司，江蘇 無錫 214035）

1 引言

某SOI工藝電路首次試樣封裝的10只測試樣品全部合格，樣品再次封裝并進行相關電性能等摸底試驗時，發(fā)現(xiàn)電路雖達到靜態(tài)漏電流控制設計指標，但靜態(tài)電流增大明顯。用該批圓片進行批生產封裝時，發(fā)現(xiàn)封裝后有個別電路的靜態(tài)漏電流有一定的增大，但仍在設計合格范圍內。后將這些電路進行相關可靠性試驗，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)電流基本均不合格。

經過試驗和分析，確認電路是在封裝過程中受到了一定程度的靜電損傷。電路工作電壓不高時，這些損傷還不至于引起電路功能失效，但當電路在高能粒子作用下，靜電引起的微小損傷就會引起漏電、β參數等的變化，最終導致電路靜態(tài)電流等技術指標不合格。圖1是某深亞微電路典型靜電損傷圖片。

在對封裝過程逐步分析并對各個工序進行靜電檢測后，發(fā)現(xiàn)在清洗機工作時放入和取出過程中圓片表面靜電壓正常，而在高壓噴霧高速旋轉環(huán)節(jié)表面靜電壓卻有突然增大的情況。

清洗過程中，高壓、高電阻率的去離子水噴灑在圓片表面，純水與圓片表面Si3N4鈍化層摩擦，同時又高速分離，從而導致靜電產生。

采用靜電測試儀器對某批次圓片清洗時的表面靜電進行檢測，發(fā)現(xiàn)高達500V～600V。國內外電子行業(yè)比較公認的封裝線靜電電壓在±200V左右，而某些對靜電放電特別敏感的元器件，靜電電壓的控制要求則更為嚴格，應在±100V以內或者更低。所以，如何降低圓片清洗過程中產生的靜電電壓，就成了必須要解決的問題。

2 靜電預防改進試驗與分析

2.1 清洗過程中檢測靜電關鍵清洗條件

要降低圓片清洗過程中靜電損傷及損壞的概率，首先必須確定哪些清洗條件會造成圓片表面的靜電損傷及損壞，又有哪些因素對靜電電壓的影響比較大。

2.1.1 靜電損傷試驗過程

選取Φ125mm、Φ150mm、Φ200mm圓片各一批，按常規(guī)工藝進行操作。檢測并確認圓片在試驗前表面靜電電壓低于±10V，避免殘留靜電對試驗結果產生影響。

在試驗過程中，用靜電測試儀器時刻動態(tài)監(jiān)測圓片表面的靜電電壓變化情況。

每片圓片分別在兩種情況下進行測試：一種是按常規(guī)工藝，純水電阻率在14 MΩ · cm ～15MΩ · cm，然后清洗；一種是在純水中添加電解質，控制電阻率在0.45 MΩ · cm～0.55 MΩ · cm，然后清洗。對應以上兩種情況，又分別測試清洗時改變噴槍水壓和底盤轉速圓片表面的靜電電壓情況。

2.1.2 靜電測量數據與分析

在清洗試驗中發(fā)現(xiàn)，用純水或用添加電解質的水漂洗時，圓片表面靜電電壓均小于±10V；用干燥壓縮空氣或N2吹干時，圓片表面靜電電壓亦均小于±10V；當高壓噴霧清洗時，圓片表面靜電電壓變化明顯，且隨著高壓噴霧的施加和停止，靜電電壓從±10V急劇上升至高壓，而后又快速消散并恢復到±10V內。圖2、圖3、圖4是高壓噴霧清洗時圓片表面的最高靜電電壓測試值。

由圖2～圖4可以看出，圓片尺寸與表面靜電電壓的大小沒有必然聯(lián)系。在清洗時改變噴槍水壓和底盤轉速，圓片表面的靜電電壓情況也沒有表現(xiàn)出明顯變化。

圓片清洗純水中有無添加電解質，對表面靜電電壓大小有比較大的影響。

2.2 清洗圓片靜電電壓預防工藝試驗及結果

在上述分析基礎上，不改變現(xiàn)有工藝設備及工藝步驟，保持噴槍水壓和底盤轉速不變，即漂洗、吹干等工藝亦不變，而只對高壓噴霧產生高壓靜電的過程進行預防。

通過對純水電解質量的增減和比例控制，達到改變純水電阻率的效果，從而確定純水電阻率對圓片清洗時表面靜電電壓的影響，并最終確定預防措施。

選Φ125mm、Φ150mm、Φ200mm圓片各一片，清洗測試步驟同前。純水電阻率分別設置為0.2MΩ· cm、0.3MΩ · cm、0.4MΩ · cm等。表1～表3即不同電阻率下高壓清洗圓片表面的最高靜電電壓測試值。

在改變清洗的純水電阻率時，圓片表面靜電情況改變明顯。純水電阻率越低，圓片表面產生的靜電越小，將電阻率設置在0.2MΩ · cm～0.3MΩ · cm時，圓片在清洗時靜電電壓可控制在100V左右。

以上數據表明，通過調節(jié)高壓清洗時的純水電阻率，可將圓片清洗時表面靜電電壓控制在100V左右，且清洗、吹干不受影響，工藝可行。用于幾個批次的電路，全部獲得成功。

2.3 清洗過程中靜電泄放優(yōu)化

靜電電壓在產生過程中，若采取適當可行的泄放通道，可以進一步減小靜電積累，減輕靜電的危害。泄放一定是緩慢、均勻的，否則起不到靜電預防效果，反而加深靜電損傷程度。

通過對清洗設備增加緩慢靜電泄放裝置，并反復地調整試驗參數，最終圓片表面靜電情況得到進一步控制。經測量，圓片清洗時，表面中心區(qū)域靜電電壓為-10V～10V，表面邊緣區(qū)域在50V以下。

3 結束語

在現(xiàn)有圓片清洗工藝和工序不變的情況下，通過改變高壓噴霧沖洗水的電阻率，實現(xiàn)了高速旋轉高壓清洗靜電電壓控制在±200V內的目標。

通過在清洗設備上安裝緩慢靜電泄放裝置使清洗過程中的靜電電壓積累進一步減弱。經檢測，圓片清洗過程中靜電電壓最低小于±50V。

清洗機工作防靜電能力的提升可有效提高對靜電敏感器件的防護，特別是深亞微米及更先進圓片制程電路，對集成電路等封裝質量的提升具有指導意義。

［1］樊會靈.電子產品工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［2］張寶銘，林文獲.靜電防護技術手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社．2000.