W latach 70tych ubiegłego wieku inżynierowie RCA (Radio Corporation of America) odkryli, że czyszczenie soniczne w zakresie częstotliwości 0.8 – 0.9 MHz jest efektywne w usuwaniu zanieczyszczeń z powierzchni podłoży bez wprowadzania uszkodzeń na ich powierzchni, w przeciwieństwie do fal ultradźwiękowych.
Główne czynniki skuteczności fal Megasonic:
- Obniżenie warstwy granicznej:
Czyszczenie megasoniczne wykorzystuje efekt piezoelektryczny, w celu przyśpieszenia usuwania submikronowych cząstek z powierzchni podłoży.
Fala akustyczna uderzając w powierzchnię podłoża, powoduje zmniejszenie warstwy granicznej i w rezultacie ułatwione jest usuwanie cząstek z czyszczonej powierzchni. Warstwa graniczna zmniejsza się wraz z częstotliwością spadając z 2,82 um przy 40kHz do 0.59 pm przy 900 KHz
- Efekt strumienia akustycznego
Fala akustyczna generowana przez rezonator piezoelektryczny indukuje kierunkowy ruch cieczy. Przy częstotliwościach megadźwiękowych ruch ten rozchodzi się w cieczy w kierunku prostopadłym do płaszczyzny czołowej rezonatora, a prędkość fali oddziałuje na każdą powierzchnię wystawioną jej działanie. Podstawowym efektem strumienia akustycznego jest silny, miejscowy przepływ roztworu czyszczącego, którego siła ścinająca jest głównym czynnikiem usuwającym cząstki. Strumień akustyczny zwiększa również transport oderwanych z powierzchni cząstek do strumienia masowego, aby zapobiec ich ponownemu przyleganiu.
- Poprawa kinetyki reakcji chemicznych
Fala akustyczna powoduje rónwnież odświeżenie składu chemicznego na granicy faz ciecz/powierzchnia. Utrzymanie świeżej chemii zwiększa kinetykę oraz wydajność reakcji chemicznych, co powoduje skrócenie czasu ich trwania. Zazwyczaj energia megasoniczna pozwala również na zastąpienie tradycyjnych substancji chemicznych, na mniej szkodliwe i agresywne. Efekt ten jest powszechnie wykorzystywany w zastosowaniach zależnych od reakcji chemicznych, takich jak wywoływanie fotorezystu, usuwanie metalu lub usuwanie pozostałości.
- Efekt kawitacji
Kawitacja akustyczna to generowanie zagłębień i pęcherzyków w cieczy pod wpływem działania fali akustycznej. Pęcherzyki po osiągnięciu określonej wielkości ulegają implozji dzięki czemu wytwarza się lokalna fala uderzeniowa oraz dochodzi do emisji fotonu (sonoluminescencja).
Siła tej implozji zwiększa się proporcjonalnie do wielkości pęcherzyka.
Częstotliwości megadźwiękowe, od 700 do 1000 kHz, wytwarzają stabilne pęcherzyki kawitacyjne o wielkości poniżej mikrona i mające mniej czasu na wzrost. Obydwa wyżej wymienione czynniki powodują mniej energiczne zapadanie się niż przejściowe kawitacje wytworzone przez ultradźwięki. Implozja związana z tymi submikronowymi, wypełnionymi gazem pęcherzykami znacząco zmniejsza prawdopodobieństwo uszkodzenia powierzchni. Zatem kawitacja megadźwiękowa lepiej nadaje się do wrażliwych podłoży i struktur.
Obszary stosowania fal Megasonic:
- Mycie w procesach FEOL / BEOL – usuwanie cząstek < 20 nm do > 10 µm
- Mycie po procesach chemiczno – mechanicznej planaryzacji
- Usuwanie środków adhezyjnych
- Czyszczenie masek
- Czyszczenie TSV
- Czyszczenie VIA
- Czyszczenie struktur o wysokim współczynniku HAR (High Aspect Ratio)
- Czyszczenie pozostałości po procesach trawienia
- Wywoływanie fotorezystu
- Usuwanie fotorezystu
- Procesy Lift-Off
- Mycie materiałów III/V
- Czyszczenie po cięciu podłoży
- Czyszczenie ogniw fotowoltaicznych
- Czyszczenie w procesach wytwarzania wyświetlaczy
- MEMS / LED
- Mycie szkła (optyka, szkło użytkowe)
Źródła:
- https://prosysmeg.com/
- Busnaina, Ahmed A., and Glenn W. Gale. „Ultrasonic and megasonic particle removal.” Proc. Precis. Clean 15 (1995): 347-359.