圆片清洗过程中静电控制

李云海，李欣燕，章 文，丁荣峥

（无锡中微高科电子有限公司，江苏 无锡 214035）

1 引言

某SOI工艺电路首次试样封装的10只测试样品全部合格，样品再次封装并进行相关电性能等摸底试验时，发现电路虽达到静态漏电流控制设计指标，但静态电流增大明显。用该批圆片进行批生产封装时，发现封装后有个别电路的静态漏电流有一定的增大，但仍在设计合格范围内。后将这些电路进行相关可靠性试验，发现静态电流基本均不合格。

经过试验和分析，确认电路是在封装过程中受到了一定程度的静电损伤。电路工作电压不高时，这些损伤还不至于引起电路功能失效，但当电路在高能粒子作用下，静电引起的微小损伤就会引起漏电、β参数等的变化，最终导致电路静态电流等技术指标不合格。图1是某深亚微电路典型静电损伤图片。

在对封装过程逐步分析并对各个工序进行静电检测后，发现在清洗机工作时放入和取出过程中圆片表面静电压正常，而在高压喷雾高速旋转环节表面静电压却有突然增大的情况。

清洗过程中，高压、高电阻率的去离子水喷洒在圆片表面，纯水与圆片表面Si3N4钝化层摩擦，同时又高速分离，从而导致静电产生。

采用静电测试仪器对某批次圆片清洗时的表面静电进行检测，发现高达500V～600V。国内外电子行业比较公认的封装线静电电压在±200V左右，而某些对静电放电特别敏感的元器件，静电电压的控制要求则更为严格，应在±100V以内或者更低。所以，如何降低圆片清洗过程中产生的静电电压，就成了必须要解决的问题。

2 静电预防改进试验与分析

2.1 清洗过程中检测静电关键清洗条件

要降低圆片清洗过程中静电损伤及损坏的概率，首先必须确定哪些清洗条件会造成圆片表面的静电损伤及损坏，又有哪些因素对静电电压的影响比较大。

2.1.1 静电损伤试验过程

选取Φ125mm、Φ150mm、Φ200mm圆片各一批，按常规工艺进行操作。检测并确认圆片在试验前表面静电电压低于±10V，避免残留静电对试验结果产生影响。

在试验过程中，用静电测试仪器时刻动态监测圆片表面的静电电压变化情况。

每片圆片分别在两种情况下进行测试：一种是按常规工艺，纯水电阻率在14 MΩ · cm ～15MΩ · cm，然后清洗；一种是在纯水中添加电解质，控制电阻率在0.45 MΩ · cm～0.55 MΩ · cm，然后清洗。对应以上两种情况，又分别测试清洗时改变喷枪水压和底盘转速圆片表面的静电电压情况。

2.1.2 静电测量数据与分析

在清洗试验中发现，用纯水或用添加电解质的水漂洗时，圆片表面静电电压均小于±10V；用干燥压缩空气或N2吹干时，圆片表面静电电压亦均小于±10V；当高压喷雾清洗时，圆片表面静电电压变化明显，且随着高压喷雾的施加和停止，静电电压从±10V急剧上升至高压，而后又快速消散并恢复到±10V内。图2、图3、图4是高压喷雾清洗时圆片表面的最高静电电压测试值。

由图2～图4可以看出，圆片尺寸与表面静电电压的大小没有必然联系。在清洗时改变喷枪水压和底盘转速，圆片表面的静电电压情况也没有表现出明显变化。

圆片清洗纯水中有无添加电解质，对表面静电电压大小有比较大的影响。

2.2 清洗圆片静电电压预防工艺试验及结果

在上述分析基础上，不改变现有工艺设备及工艺步骤，保持喷枪水压和底盘转速不变，即漂洗、吹干等工艺亦不变，而只对高压喷雾产生高压静电的过程进行预防。

通过对纯水电解质量的增减和比例控制，达到改变纯水电阻率的效果，从而确定纯水电阻率对圆片清洗时表面静电电压的影响，并最终确定预防措施。

选Φ125mm、Φ150mm、Φ200mm圆片各一片，清洗测试步骤同前。纯水电阻率分别设置为0.2MΩ· cm、0.3MΩ · cm、0.4MΩ · cm等。表1～表3即不同电阻率下高压清洗圆片表面的最高静电电压测试值。

在改变清洗的纯水电阻率时，圆片表面静电情况改变明显。纯水电阻率越低，圆片表面产生的静电越小，将电阻率设置在0.2MΩ · cm～0.3MΩ · cm时，圆片在清洗时静电电压可控制在100V左右。

以上数据表明，通过调节高压清洗时的纯水电阻率，可将圆片清洗时表面静电电压控制在100V左右，且清洗、吹干不受影响，工艺可行。用于几个批次的电路，全部获得成功。

2.3 清洗过程中静电泄放优化

静电电压在产生过程中，若采取适当可行的泄放通道，可以进一步减小静电积累，减轻静电的危害。泄放一定是缓慢、均匀的，否则起不到静电预防效果，反而加深静电损伤程度。

通过对清洗设备增加缓慢静电泄放装置，并反复地调整试验参数，最终圆片表面静电情况得到进一步控制。经测量，圆片清洗时，表面中心区域静电电压为-10V～10V，表面边缘区域在50V以下。

3 结束语

在现有圆片清洗工艺和工序不变的情况下，通过改变高压喷雾冲洗水的电阻率，实现了高速旋转高压清洗静电电压控制在±200V内的目标。

通过在清洗设备上安装缓慢静电泄放装置使清洗过程中的静电电压积累进一步减弱。经检测，圆片清洗过程中静电电压最低小于±50V。

清洗机工作防静电能力的提升可有效提高对静电敏感器件的防护，特别是深亚微米及更先进圆片制程电路，对集成电路等封装质量的提升具有指导意义。

［1］樊会灵.电子产品工艺[M].北京：机械工业出版社，2002.

［2］张宝铭，林文获.静电防护技术手册[M].北京：电子工业出版社．2000.