CN110610850A - 一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，首先通过将激光制孔后的玻璃基板使用研磨剂进行研磨，去除孔周边粘附的固体残渣；再通过将玻璃基板浸入分析纯的丙酮溶液中进行超声清洗去除有机物；之后通过将玻璃基板浸入分析纯的乙醇溶液中进行超声清洗以完成清洗和脱水；随后向上提拉玻璃基板，待玻璃基板脱水干燥后，使用氧气进行等离子清洗去除微小颗粒；最终将玻璃基板在氩气氛围中进行等离子清洗，从而去除玻璃表面的氧化后的各种颗粒并激活表面，保证玻璃基板上表面沉积金属膜层的可靠性。本发明结合了物理清洗、湿法清洗和等离子清洗的特点，保证了清洗的有效性并有利于玻璃基板上溅射金属膜层的附着力。

Description

一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法
技术领域
本发明属于集成电路精细加工技术领域，涉及一种玻璃基板的清洗方法。
背景技术
随着微波电路频率的提升，玻璃基板由于其较低的介质损耗和优良的机械特性，得到了电子行业越来越多的关注。
在玻璃上制作微波电路通常需要制作通孔以完成基板上下表面电路的互联，由于激光制孔工艺简单、成本低且对环境友好，逐渐成为行业内主流的制孔工艺。
制孔所使用的激光为超短脉冲激光，脉冲宽度通常为皮秒或飞秒级别，属于冷加工激光。由于脉冲宽度很短，基板的温度维持室温，但是在激光作用区，高能量激光瞬间剥离通孔位置的材料，残渣从孔内飞出，迅速冷却并附着在孔周围，会形成火山口一样的残渣区。
孔周围的残渣区带有很强的粘性，而且主要成分与玻璃基板一样为二氧化硅，因此不能使用氢氟酸直接清洗，这样会损伤基板本身。目前，对于电子行业的玻璃基板的清洗通常使用单一清洗液或者多种清洗液配合的方式去除平整光滑玻璃表面的沾污，而单纯的清洗液配合超声又无法完全去除残渣。如果残渣去除不干净，会直接影响在玻璃基板上溅射的金属膜层附着力下降，出现脱皮现象。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，可以有效解决玻璃在激光制孔之后对于残渣的清洗问题。
本发明的技术解决方案是：一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，包括如下步骤：
(1)将激光制孔后的玻璃基板使用研磨剂进行抛擦，去除孔周边粘附的固体残渣，抛擦完毕后将玻璃基板放入流动的去离子水中反复冲洗，以去除研磨剂；
(2)将玻璃基板浸入分析纯的丙酮溶液中进行超声清洗去除有机物；
(3)将玻璃基板浸入分析纯的乙醇溶液中进行超声清洗进行脱水；
(4)使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗去除微小颗粒；
(5)使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗去除氧化颗粒。
优选的，所述的研磨剂成份除包括二氧化硅之外，还包括碳酸钙、磷酸氢钙、焦磷酸钙中的一种或者多种，为膏状物。
优选的，所述的使用研磨剂进行抛擦，包括：利用脱脂棉沾取少量研磨剂对玻璃基板沿一个方向进行抛擦，重点对孔周围的区域进行反复抛擦，抛擦过程中玻璃基板保持平整，当完成一面抛擦之后，对另外一面采取同样的操作进行抛擦，每面的抛擦次数约为2～3次，抛擦完成后用去离子水冲洗干净后放在显微镜下观察，直至孔周边光滑无残留。
优选的，所述的使用研磨剂进行抛擦，当制孔的孔直径小于等于100um时需要配合超声去除，超声的优选频率为20KHz～50KHz。
优选的，所述的将玻璃基板浸入分析纯的丙酮溶液中进行超声清洗去除有机物，包括：将玻璃基板垂直置于特氟龙的支架上，将载有玻璃基板的特氟龙支架浸入丙酮溶液中，丙酮的纯度为分析纯，且丙酮溶液需要完全浸没玻璃基板；对丙酮溶液施加超声进行超声清洗，超声的频率在20～50KHz，时间长度为10～15分钟；超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架2～3次，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出丙酮溶液，并静置3～5分钟。
优选的，所述的将玻璃基板浸入分析纯的乙醇溶液中进行超声清洗进行脱水，包括：将载有玻璃基板的特氟龙支架浸入乙醇溶液中，乙醇的纯度为分析纯，且乙醇溶液需要完全浸没玻璃基板；对乙醇溶液施加超声，进行超声清洗，超声的频率应在20～50KHz，时间长度为10～15分钟；超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架2～3次，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出乙醇溶液，并静置3～5分钟，完成脱水。
优选的，所述的使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗去除微小颗粒，包括：使用晶圆夹将玻璃基板水平放到干净的石英培养皿中，使其一面朝上，在真空度为0.7mbar～0.9mbar的真空环境中，使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗，氧气的流量应为200～300ml/min，等离子体射频源激发的功率为600～700W，玻璃基板的单面清洗时间为20～40秒，单面清洗完成后，等待玻璃基板的温度下降到25℃以下，再翻过来进行另外一面的氧气等离子清洗。
优选的，所述的使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗去除微小颗粒，包括：使用汞灯烘烤玻璃基板，加速乙醇的干燥挥发。
优选的，所述的使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗去除氧化颗粒，包括：使用晶圆夹将玻璃基板水平放到干净的石英培养皿中，使其一面朝上，在真空度为0.7mbar～0.9mbar的真空环境中，使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗，氩气的流量应为500～700ml/min，等离子体射频源激发的功率为500～700W，玻璃基板的单面清洗时间为5～15秒，单面清洗完成后，等待玻璃基板的温度下降到25℃以下，再翻过来进行另外一面的氩气等离子清洗。
优选的，所述的使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗去除氧化颗粒结束后，用石英盖子盖住培养皿，将玻璃基板转运到金属溅射工序。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明方法结合了物理清洗、湿法清洗和等离子清洗的优点，首先使用物理抛擦的方式去除激光制孔后的火山堆熔渣，然后使用丙酮和乙醇清洗液去除玻璃基板上的有机物及其他残渣，最后使用等离子清洗去除表面微观杂质，并激活表面状态，有利于后工序金属膜层的附着。本发明方法有效解决了玻璃基板激光制孔后的清洗问题，可以广泛应用于微波毫米波玻璃电路的制备。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图。
图2为本发明实施例中无碱玻璃上的孔分布图。
具体实施方式
本发明提供的玻璃基板激光制孔后的清洗方法，首先通过将激光制孔后的玻璃基板使用研磨剂进行抛擦，研磨剂一般是含有碳酸钙、磷酸氢钙、焦磷酸钙以及二氧化硅等成分的膏状物，是比较常见易得的材料，主要是起到物理摩擦去除颗粒污渍的作用，以去除孔周边粘附的固体残渣；再通过将玻璃浸入分析纯的丙酮溶液中进行20～50KHz的超声清洗去除有机物；之后通过将玻璃基板浸入分析纯的乙醇溶液中进行20～50KHz的超声清洗以完成清洗和脱水；随后向上提拉玻璃基板，待玻璃基板脱水干燥后，使用600～700W的氧气等离子清洗去除微小颗粒；最终将玻璃基板在500～700W的氩气等离子中进行清洗，从而去除玻璃表面的氧化后的各种颗粒并激活表面，保证玻璃基板上表面沉积金属膜层的可靠性
下面结合附图对本发明方法做进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明所提供的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法流程图。该方法包括：
S1：使用研磨剂抛擦
在本步骤中，研磨剂一般是含有碳酸钙、磷酸氢钙、焦磷酸钙以及二氧化硅等成分的膏状物，是比较常见易得的材料，主要是起到物理摩擦去除颗粒污渍的作用。
在本步骤中，玻璃基板激光制孔后不进行水洗，否则会影响研磨剂的配比。
在本步骤中，使用晶圆夹将玻璃基板放到定性滤纸上，利用脱脂棉良好的亲水性，沾取少量研磨剂对玻璃基板沿一个方向进行抛擦，重点对孔周围的区域进行反复抛擦。抛擦过程中需要注意玻璃基板保持平整，以免抛擦过程中导致玻璃基板碎裂。当完成一面抛擦之后，对另外一面采取同样的操作进行抛擦，每面的抛擦次数约为2～3次，抛擦完成后用去离子水冲洗干净后放在45X显微镜下观察，孔周边应光滑无残留，否则应再次配合研磨剂进行抛擦。
此处，抛擦结束后，将玻璃基板置于流动的去离子水中进行冲洗，去除研磨剂及滤纸残余物等，尤其关注孔内部残留的研磨剂，当孔直径小于等于 100um时需要配合超声去除，超声的优选频率为20KHz～50KHz(包括端点)，过高的频率有使得带孔的玻璃基板碎裂的风险。
S2：丙酮超声清洗
在本步骤中，水洗之后将玻璃基板垂直置于特氟龙的支架上，晶圆夹之间保持一定的间距，不得相互接触。
将载有玻璃基板的特氟龙支架浸入丙酮溶液中，丙酮的纯度为分析纯，且丙酮溶液需要完全浸没玻璃基板。
对丙酮溶液施加超声，进行超声清洗，超声的频率应在20～50KHz(包括端点)，时间长度为10～15分钟(包括端点)。
超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架2～3次(包括端点)，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出丙酮溶液，并静置3～5分钟(包括端点)。
此处，超声清洗过程中需要在通风橱进行，注意防护。
S3：乙醇超声清洗
将之前载有玻璃基板的特氟龙支架浸入乙醇溶液中，乙醇的纯度为分析纯，且乙醇溶液需要完全浸没玻璃基板。
对乙醇溶液施加超声，进行超声清洗，超声的频率应在20～50KHz(包括端点)，时间长度为10～15分钟(包括端点)。
超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架2～3次(包括端点)，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出乙醇溶液，并静置3～5分钟(包括端点)，完成脱水。必要时可以使用汞灯烘烤玻璃基板，加速乙醇的干燥挥发。
此处，超声清洗过程中需要在通风橱进行，注意防护。
S4：氧气等离子清洗
使用晶圆夹将玻璃基板水平放到干净的石英培养皿中，使其一面朝上。
清洗过程中需要在真空环境中，真空度为0.7mbar～0.9mbar(包括端点)。
氧气的流量应为200～300ml/min，包含端点。
等离子体射频源激发的功率为600～700W，包含端点。
玻璃基板的单面清洗时间为20～40秒(包括端点)。
单面清洗完成后，需要等待玻璃基板的温度下降到20℃-24℃(包括端点)，再翻过来进行另外一面的氧气等离子清洗。
S5：氩气等离子清洗
使用上述同样的石英培养皿，其中基板一面朝上。
清洗过程中需要在真空环境中，真空度为0.7mbar～0.9mbar。
氩气的流量应为500～700ml/min，包含端点。
等离子体射频源激发的功率为500～700W，包含端点。
玻璃基板的单面清洗时间为5～15秒(包括端点)。
单面清洗完成后，需要等待玻璃基板的温度下降到20℃-24℃(包括端点)，再翻过来进行另外一面的氩气等离子清洗。
清洗结束后用石英盖子盖住培养皿，将玻璃基板转运到金属溅射和电镀工序。
实施例
首先使用紫外激光在厚度为0.2mm、外形尺寸为50mm×50mm的无碱玻璃上制作直径为0.1mm的通孔，孔图分布如图2所示。
S1：使用研磨剂抛擦
在本步骤中，研磨剂一般是含有碳酸钙、磷酸氢钙、焦磷酸钙以及二氧化硅等成分的膏状物，是比较常见易得的材料，主要是起到物理摩擦去除颗粒污渍的作用。
在本步骤中，玻璃基板激光制孔后不进行水洗，否则会影响研磨剂的配比。
在本步骤中，使用晶圆夹将玻璃基板放到定性滤纸上，利用脱脂棉良好的亲水性，沾取少量研磨剂对玻璃基板沿一个方向进行抛擦，重点对孔周围的区域进行反复抛擦。抛擦过程中需要注意玻璃基板保持平整，以免抛擦过程中导致玻璃基板碎裂。当完成一面抛擦之后，对另外一面采取同样的操作进行抛擦，每面的抛擦3次，抛擦完成后用去离子水冲洗干净后放在45X显微镜下观察，孔周边光滑无残留。
抛擦结束后，将玻璃基板置于流动的去离子水中进行冲洗，粗略去除研磨剂及滤纸残余物等，然后将玻璃基板置于支架上，施加频率为25KHz的超声使用等离子水超声清洗，以进一步去除孔内的研磨剂及残留物。
S2：丙酮超声清洗
在本步骤中，水洗之后将玻璃基板垂直置于特氟龙的支架上，晶圆夹之间保持一定的间距，不得相互接触。
将载有玻璃基板的特氟龙支架浸入丙酮溶液中，丙酮的纯度为分析纯，且丙酮溶液需要完全浸没玻璃基板。
对丙酮溶液施加频率为25KHz的超声，进行超声清洗时间长度为15分钟。
超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架3次，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出丙酮溶液，并静置5分钟。
此处，超声清洗过程中需要在通风橱进行，注意防护。
S3：乙醇超声清洗
将之前载有玻璃基板的特氟龙支架浸入乙醇溶液中，乙醇的纯度为分析纯，且乙醇溶液需要完全浸没玻璃基板。
对乙醇溶液施加25KHz的超声，进行超声清洗时间长度为15分钟。
超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架3次，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出乙醇溶液，并静置5分钟，完成脱水。必要时可以使用汞灯烘烤玻璃基板，加速乙醇的干燥挥发。
此处，超声清洗过程中需要在通风橱进行，注意防护。
S4：氧气等离子清洗
使用晶圆夹将玻璃基板水平放到干净的石英培养皿中，使其一面朝上。
清洗过程中需要在真空环境中，真空度为0.7mbar。
氧气的流量为250ml/min。
等离子体射频源激发的功率为650W。
玻璃基板的单面清洗时间为40秒。
单面清洗完成后，需要等待玻璃基板的温度下降到22℃，再翻过来进行另外一面的氧气等离子清洗。
S5：氩气等离子清洗
使用上述同样的石英培养皿，其中基板一面朝上。
清洗过程中需要在真空环境中，真空度为0.7mbar。
氩气的流量应为600ml/min。
等离子体射频源激发的功率为600W。
玻璃基板的单面清洗时间为15秒。
单面清洗完成后，需要等待玻璃基板的温度下降到22℃，再翻过来进行另外一面的氩气等离子清洗。
清洗结束后用石英盖子盖住培养皿，将玻璃基板转运到金属溅射工序，进行溅射和电镀3um的金层。
使用直径为25um的金丝，在镀金的玻璃表面键合29根金丝，并使用拉力测试仪测量金丝拉脱(或拉断)所需要的力，通过判断拉力值是否满足航天电子产品金丝金带压接工艺鉴定技术要求来评判玻璃的是否清洁。测试结果如表1所示，拉力值均大于标准要求的3g，符合要求。
表1
6.984 6.39 6.589 8.451 7.380 9.577
8.108 5.898 7.764 6.111 7.183 7.757
7.975 7.399 7.243 7.710 6.663 7.931
7.391 6.152 8.125 6.913 7.457 9.368
7.773 8.301 7.471 6.888 5.886
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将激光制孔后的玻璃基板使用研磨剂进行抛擦，去除孔周边粘附的固体残渣，抛擦完毕后将玻璃基板放入流动的去离子水中反复冲洗，以去除研磨剂；
(2)将玻璃基板浸入分析纯的丙酮溶液中进行超声清洗去除有机物；
(3)将玻璃基板浸入分析纯的乙醇溶液中进行超声清洗进行脱水；
(4)使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗去除微小颗粒；
(5)使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗去除氧化颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的研磨剂成份除包括二氧化硅之外，还包括碳酸钙、磷酸氢钙、焦磷酸钙中的一种或者多种，为膏状物。
3.根据权利要求1或2所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的使用研磨剂进行抛擦，包括：利用脱脂棉沾取少量研磨剂对玻璃基板沿一个方向进行抛擦，重点对孔周围的区域进行反复抛擦，抛擦过程中玻璃基板保持平整，当完成一面抛擦之后，对另外一面采取同样的操作进行抛擦，每面的抛擦次数约为2～3次，抛擦完成后用去离子水冲洗干净后放在显微镜下观察，直至孔周边光滑无残留。
4.根据权利要求3所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的使用研磨剂进行抛擦，当制孔的孔直径小于等于100um时需要配合超声去除，超声的优选频率为20KHz～50KHz。
5.根据权利要求1或2所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的将玻璃基板浸入分析纯的丙酮溶液中进行超声清洗去除有机物，包括：将玻璃基板垂直置于特氟龙的支架上，将载有玻璃基板的特氟龙支架浸入丙酮溶液中，丙酮的纯度为分析纯，且丙酮溶液需要完全浸没玻璃基板；对丙酮溶液施加超声进行超声清洗，超声的频率在20～50KHz，时间长度为10～15分钟；超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架2～3次，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出丙酮溶液，并静置3～5分钟。
6.根据权利要求1或2所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的将玻璃基板浸入分析纯的乙醇溶液中进行超声清洗进行脱水，包括：将载有玻璃基板的特氟龙支架浸入乙醇溶液中，乙醇的纯度为分析纯，且乙醇溶液需要完全浸没玻璃基板；对乙醇溶液施加超声，进行超声清洗，超声的频率应在20～50KHz，时间长度为10～15分钟；超声结束后，上下反复提拉特氟龙支架2～3次，对玻璃基板进行涮洗，最后将支架缓慢拉出乙醇溶液，并静置3～5分钟，完成脱水。
7.根据权利要求1或2所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗去除微小颗粒，包括：使用晶圆夹将玻璃基板水平放到干净的石英培养皿中，使其一面朝上，在真空度为0.7mbar～0.9mbar的真空环境中，使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗，氧气的流量应为200～300ml/min，等离子体射频源激发的功率为600～700W，玻璃基板的单面清洗时间为20～40秒，单面清洗完成后，等待玻璃基板的温度下降到25℃以下，再翻过来进行另外一面的氧气等离子清洗。
8.根据权利要求7所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的使用氧气对玻璃基板进行等离子清洗去除微小颗粒，包括：使用汞灯烘烤玻璃基板，加速乙醇的干燥挥发。
9.根据权利要求1或2所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗去除氧化颗粒，包括：使用晶圆夹将玻璃基板水平放到干净的石英培养皿中，使其一面朝上，在真空度为0.7mbar～0.9mbar的真空环境中，使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗，氩气的流量应为500～700ml/min，等离子体射频源激发的功率为500～700W，玻璃基板的单面清洗时间为5～15秒，单面清洗完成后，等待玻璃基板的温度下降到25℃以下，再翻过来进行另外一面的氩气等离子清洗。
10.根据权利要求9所述的一种玻璃基板激光制孔后的清洗方法，其特征在于：所述的使用氩气对玻璃基板进行等离子清洗去除氧化颗粒结束后，用石英盖子盖住培养皿，将玻璃基板转运到金属溅射工序。
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