С увеличением времени обработки качество очистки повышается. Время очистки зависит от размеров и формы деталей, состояния их поверхности и степень ей загрязненности, характера загрязнений и других факторов и обычно определяется опытным путём.
Ультразвуковая очистка может быть ступенчатой и непрерывной. При ступенчатой очистке детали обрабатывают последовательно в нескольких ваннах с одинаковым или различными моющими растворами, а при непрерывной перемещают в одной ванне , при этом моющий раствор подают навстречу движению деталей и очистка происходит в различных зонах ванны раствором различной степени загрязненности. Обычно время ультразвуковой очистки составляет около 60 секунд. После извлечения из ванны детали сушат в парах растворителя или потоке чистого газа. Для устранения иногда образующихся при сушке разводов детали прополаскивают в чистом растворителе.
Виды брака при ультразвуковой очистке. Такие изделия электронной техники, как резистор, диоды, транзисторы, интегральные микросхемы, как правило, кавитационно не стойки и не допускают очистки с применением мощных ультразвуковых колебаний. При неправильно выбранном режиме ультразвуковой очистки может произойти деформация или разрушение полупроводниковых приборов. Наиболее распространенными видами брака при ультразвуковой очистке является кавитационная эрозия поверхности изделий, разрушение защитных покрытий, мест паёки и сварки внутренних межсоединений и внешних выводов, а также нарушение герметизации.
Чтобы устранить опасность кавитационного разрушения, очистку полупроводниковых изделий обычно проводят при низких мощностях ультразвуковых колебаний и высоких ультразвуковых частотах. Опасность возникновения резонансных повреждений на определённой частоте определяют опытным путём. Также неправильно подобранная моющая жидкость может оказывать разрушающее или коррозионное воздействие на конструкционные элементы полупроводниковых изделий, защитные покрытия, а также оборудование. Состав моющего раствора и режим работы ультразвуковой ванны нужно подбирать так, чтобы исключить возможность повреждений изделий и обеспечить высокое качество их очистки при минимальных затратах времени.
Применение ультразвуковой обработки в полупроводниковом производстве в несколько раз снижает трудоёмкость операций очистки и значительно повышает качество.
Определение чистоты поверхности.
После отмывки необходимо контролировать чистоту поверхности, чтобы предупредить выход брака из-за поступления недостаточно чистых изделий на последующие технологические операции.
В полупроводниковом производстве основными требованиями, предъявляемыми к методам контроля чистоты поверхности, является высокая чувствительность измерений и возможность их применения в промышленных условиях.
Различают прямые и косвенные методы определения чистоты поверхности. Прямые методы позволяют определять загрязнения непосредственно на поверхности контролируемых деталей. Среди них большое распространение получил микроскопический метод, основанный на смачиваемости, и метод разности потенциалов.. Высокую чувствительность обеспечивает метод радиактивных изотпов. Косвенные методы основаны на удалении с поверхности загрязнений растворителями или стравлением загрязнённого слоя в травильных смесях и применяются главным образом в лабораторных условиях. Поэтому из косвенных методов метод измерения удельного сопротивления моющих растворов применяется на производстве.
Микроскопический метод. Наблюдение поверхности производят в светлом или темном поле микроскопа, чаще в темном. Чтобы исключить попадание в объектив микроскопа отражения от поверхности лучей, используют косое освещение. Наблюдения в темном поле позволяет выявить в виде светящихся точек твёрдые загрязнения, островки оксидных плёнок, дефекты поверхности, остатки растворителя. Степень чистоты поверхности определяется количеством светящихся точек в поле зрения микроскопа при определённом освещении. Этот метод в настоящее время общепринят для контроля чистоты поверхности полупроводниковых пластин, так как с микроскопическими твёрдыми и коллоидными загрязнениями удаляются и другие. Метод наблюдения в тёмном поле не позволяет судить о составе загрязнений и в этом его недостаток.
Методы, основанные на смачиваемости. Контроль чистоты поверхности этими методами выполняют окунанием в чистую воду, распылением её, измерением угла смачивания, а также конденсации и запотеванию.
При окунании в чистую воду поверхности полупроводников и металлов, свободная от жировых загрязнений, способна удерживать непрерывную плёнку воды. Жировые (гидрофобные) загрязнения разрывают эту плёнку. Для контроля промытую влажную деталь погружают в холодную чистую воду, так как тёплая вода может быстро испариться, а если в воде присутствуют загрязнения в виде масел, смачивающих реагентов или поверхностно-активных веществ, непрерывная плёнка может образоваться и на загрязнённой поверхности.
Затем деталь извлекают из воды и с нею в течение примерно 20 с должен стечь избыток воды. При более длительном времени стекания может произойти разрыв плёнки воды из-за испарения.. Далее визуально определяют непрерывность плёнки воды и, если имеются разрывы, очистку поверхности следует повторить. Время необходимое для разрыва плёнки воды, характеризует степень загрязнения поверхности. При количестве органических загрязнений на поверхности более 10-5 г/см2 плёнка воды разрывается мгновенно, а при 3*10-6 г/см2 – примерно через 60 секунд.
Распылением чистоту поверхности контролируют сразу после её очистки и прокаливания. Для этого на ещё влажную поверхность распылением наносят с расстоянии примерно 65 см до полного её смачивания чистую холодную воду. На загрязнённых участках поверхности после распыления образуется узор из капелек, которые сохраняются в течение 15-20 минут. Продолжительность распыления определяют опытным путём. Чтобы повысить чувствительность метода , в распыляемую воду добавляют красящее вещество и контролируюмые пластины после образования рисунка сушат. При этом происходит закрепления рисунка загрязнений, так как краситель остаётся только на местах загрязнений. Рисунок загрязнений сохраняют в течении нескольких дней. По чувствительности метод распыления воды с красителем в 10–20 раз превышает метод распыления чистой водой.
Измерение угла смачивания каплей воды, помещённой на поверхности , позволяет определить чистоту. При этом методе возможны три случая:
— капля хорошо растекается, следовательно, угол смачивания очень мал и поверхность чистая , гидрофильная.
— капля остаётся на поверхности в виде шарика, при этом угол смачивания примерно 900 , что свидетельствует о загрязнении поверхности органическими (гидрофобными) веществами.
— капля частично растекается , образуя с поверхностью некоторый промежуточный промежуточный краевой угол, по которому можно судить о степени чистоты поверхности
Для измерения угла смачивания служить установка УКУС–1, с помощью которой увеличенное изображение капли воды проектируется на экран и измеряется краевой угол.
Метод конденсации основан на наблюдении смачиваемости поверхности детали, охлождённой до температуры ниже точки росы, конденсатом. При контроле детали кладут в чистый сухой стакан, который помещают в сосуд Дьюара с жидким азотом и охлаждают 2–5 минут. После извлечения из азота на поверхности деталей образуется слой инея, который через некоторое время начинает таять. Смачивание поверхности конденсатом наблюдают в момент образования жидкой фазы. При отсутствии гидрофобных соединений конденсат покрывает поверхность ровным слоем, а при их наличии на поверхности образуется отдельные капли конденсата.
Метод конденсации исключает дополнительное загрязнение поверхности, в чём и состоит его преимущество перед методом распыления. Чтобы поверхность не загрязнялась органическими веществами из воздуха, контроль необходимо выполнять в чистой атмосфере.
Метод запотевания состоит в том, что испытуемую поверхность обрабатывают в течение 2–3 минут струёй пара из парообразователя. При отсутствии органических загрязнений поверхность омывается сплошной плёнкой конденсата, а при наличии загрязнений поверхность покрывается капельками конденсата, образуется фигуры запотевания. Этот метод обладает высокой чувствительностью и прост в применении. После контроля полупроводниковую пластину можно использовать в производстве без дополнительной очистки. Метод запотевания удобен для определения чистоты поверхности стеклянных изделий, для которых неприменим метод конденсации, так как при охлаждении в азоте стекло может растрескаться. Этим методом невозможно контролировать чистоту поверхности материалов , у которых высокая теплопроводность, так как трудно заметить момент образования на них капель конденсата.
Все методы контроля чистоты поверхности, основанные на смачивании водой, неприменимы для контроля чистоты после отмывки в растворителях или их парах, так как поверхность, обрабатываемая в растворителях, гидрофобна и при контроле на смачиваемость дает 100% загрязняемость. Кроме того, этими методами нельзя обнаружить гидрофобные загрязнения, если имеются следы смачивающих поверхностно-активных веществ. В этом случае даже при наличии гидрофобных загрязнений на поверхности будет образовываться непрерывная плёнка воды.