微波等離子清洗技術(shù)在LCD中的應(yīng)用

馬 良，苗俊芳，牛進(jìn)毅

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

1 等離子清洗原理

等離子體是由帶正、負(fù)電荷的離子和電子，也可能還有一些中性的原子和分子所組成的集合體。在宏觀上一般呈電中性。等離子體可以是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。電離氣體就是一種氣態(tài)等離子體。等離子體中的基本過程是在電場和磁場的作用下，各種帶電粒子間相互作用，引起多種效應(yīng)。

常見的產(chǎn)生等離子的方式分為三種:(1)大氣等離子體;(2)射頻等離子體;(3)微波等離子體。這是根據(jù)產(chǎn)生等離子體的發(fā)生頻率來分，大氣等離子體為40 kHz，射頻等離子體為13.56 MHz，微波等離子體為2.45 GHz。這其中大氣等離子體和射頻等離子體為電場產(chǎn)生等離子的方式，微波等離子體為磁場產(chǎn)生等離子體的方式。

等離子清洗技術(shù)是等離子體特殊性質(zhì)的具體應(yīng)用。等離子清洗機(jī)產(chǎn)生等離子體的裝置是在密封容器中設(shè)置兩個(gè)電極形成電場，用真空泵實(shí)現(xiàn)一定的真空度，隨著氣體愈來愈稀薄，分子間距及分子或離子的自由運(yùn)動距離也愈來愈長，受電場作用，它們發(fā)生碰撞而形成等離子體，這些離子的活性很高，其能量足以破壞幾乎所有的化學(xué)鍵，在任何暴露的表面引起化學(xué)反應(yīng)。圖1為微波等離子清洗機(jī)的主要組成部分:

圖1 微波等離子清洗機(jī)設(shè)備外型圖

2 LCD行業(yè)中的清洗方式

LCD的COG組裝過程，是在ITO玻璃上貼裝IC裸片，利用金球的變形與壓縮來使ITO玻璃上的引腳與IC芯片上的引腳導(dǎo)通。由于精細(xì)線路不斷發(fā)展的技術(shù)，目前已經(jīng)發(fā)展到生產(chǎn)Pitch為20 μm、線條為10 μm的產(chǎn)品。這些精細(xì)線路電子產(chǎn)品的生產(chǎn)與組裝，對ITO玻璃的表面清潔度要求非常高，要求產(chǎn)品的可焊接性能好、焊接牢固、不能有任何有機(jī)與無機(jī)的物質(zhì)殘留在ITO玻璃上來阻止ITO電極端子與IC BUMP的導(dǎo)通性，因此，對ITO玻璃的清潔顯得非常重要。在目前的ITO玻璃清潔工藝中，大家都在嘗試?yán)酶鞣N清洗劑(酒精清洗、棉簽+檸檬水清洗、超聲波清洗)進(jìn)行清洗，但由于清洗劑的引入，會導(dǎo)致因清洗劑的引入而帶來其他的相關(guān)問題，因此，探索新的清洗方法成為各廠家的努力方向。通過逐步的試驗(yàn)，利用等離子清洗的原理來對ITO玻璃進(jìn)行表面清潔，是比較有效的清潔方法。

在對液晶玻璃進(jìn)行的等離子清洗中，使用的活化氣體是氧的等離子體，它能除去油性污垢和有機(jī)污染物粒子，因?yàn)檠醯入x子體可將有機(jī)物氧化并形成氣體排出。通過洗凈工藝后的電極端子與顯示器，增強(qiáng)了偏光板粘貼的成品率，并且電極端與導(dǎo)電膜間的粘附性也大大改善，從而改善了產(chǎn)品的質(zhì)量及其穩(wěn)定性。

3 微波等離子體在LCD行業(yè)中的具體應(yīng)用

等離子清洗技術(shù)實(shí)際是高精度的干法清洗設(shè)備，它的清洗范圍為納米級別的有機(jī)和無機(jī)污染物。LCD行業(yè)中的ITO玻璃在運(yùn)送和濕法清洗后，表面殘留的有機(jī)溶液和無機(jī)顆粒，成為影響IC貼合到ITO玻璃上的主要因素。在等離子清洗應(yīng)用中，主要是利用低壓氣體輝光等離子體。一些非聚合性無機(jī)氣體(Ar、N2、H2、O2等)在高頻低壓下被激發(fā)，產(chǎn)生含有離子、激發(fā)態(tài)分子，自由基等多種活性粒子。一般在等離子清洗中，可把活化氣體分為兩類，一類為惰性氣體的等離子體(如Ar、N2等);另一類為反應(yīng)性氣體的等離子體(如O2、H2等)。這些活性粒子能與表面材料發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下:電離——?dú)怏w分子——激發(fā)——激發(fā)態(tài)分子——清洗——活化表面。等離子產(chǎn)生的原理如下:給一組電極施加射頻電壓(頻率約為幾十兆赫茲)，電極之間形成高頻交變電場，區(qū)域內(nèi)氣體在交變電場的激蕩下，產(chǎn)生等離子體?；钚缘入x子對被清洗物進(jìn)行表面物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用，使被清洗物表面物質(zhì)變成粒子和氣態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過抽真空排出，而達(dá)到清洗目的。

微波等離子體清洗技術(shù)，采用2.45 GHz的微波源，在一定的低壓環(huán)境下，激發(fā)充入反應(yīng)倉內(nèi)的氧氣和氬氣的混合氣體，使氣體離子化，離子化的氣體帶電轟擊到ITO玻璃表面，會產(chǎn)生化學(xué)和物理兩種清洗效果，下面將逐一分析。

首先是氧氣，氧氣主要發(fā)生的為等離子化學(xué)方面的清洗

氧氣是利用等離子的原理將氣體分子激活:

然后利用O，O3與有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到將有機(jī)物排除的目的:

有機(jī)物 +O，O3→CO2+H2O

其次是氬氣，氬氣主要發(fā)生的為等離子物理方面的清洗

表面反應(yīng)以物理反應(yīng)為主的等離子體清洗，典型的為氬等離子轟擊物體表面，使其產(chǎn)生一定的粗糙度，以獲得表面的最大化。

微波等離子清洗處理材料表面時(shí)，處理時(shí)的工藝氣體、氣體流量、功率和處理時(shí)間直接影響材料表面處理質(zhì)量，合理選擇這些參數(shù)將有效提高處理的效果。同時(shí)處理時(shí)的溫度、氣體分配、真空度、電極設(shè)置、靜電保護(hù)等因素也影響處理質(zhì)量。因此，對不同的材料要制定選用不同的工藝參數(shù)。以下兩圖為LCD在等離子清洗前后的接觸角對比:

圖2 LCD在等離子清洗前后的接觸角對比

4 等離子過程中的靜電損傷問題

5 結(jié)束語

等離子技術(shù)中，大氣等離子體和射頻等離子體不可避免的會產(chǎn)生靜電損傷，因?yàn)檫@兩種等離子體的產(chǎn)生方式不可避免地會使用正負(fù)電極，而在清洗的過程中，正負(fù)電極之間的電壓差有上千伏，會有一定的幾率出現(xiàn)靜電，在ITO玻璃表面的引線就有可能會被擊穿，從而產(chǎn)生靜電損傷，造成對產(chǎn)品的損壞。

但是采用微波等離子體的清洗方式，就會對靜電損傷從根本上有所避免，因?yàn)槲⒉ǖ入x子體的產(chǎn)生方式與其他兩種等離子體不同，微波等離子體的產(chǎn)生不需要正負(fù)電極，不需要很高的電壓差，它是由微波發(fā)生器連接的磁控管，在反應(yīng)倉旁邊的諧振腔內(nèi)由磁場的正負(fù)極產(chǎn)生等離子體，對反應(yīng)倉的ITO玻璃不直接接觸，只是產(chǎn)生的等離子體對ITO玻璃表面進(jìn)行清洗和表面活化。這就從根本上避免了對ITO玻璃的靜電損傷問題，不會在等離子清洗的過程中產(chǎn)生損失。

LCD工藝水平飛速發(fā)展，LCD制造技術(shù)極限不斷受到挑戰(zhàn)并發(fā)展，已成為代表先進(jìn)制造技術(shù)的前沿技術(shù)。在清洗行業(yè)對清洗的要求也越來越高，常規(guī)清洗已經(jīng)不能滿足要求，在軍用技術(shù)以及半導(dǎo)體行業(yè)中尤其如此，等離子體清洗比較理想地解決了這些精密清洗的要求，又符合當(dāng)今環(huán)保的形勢。

［1］Polack，et al.Plasma Chemistry［M］.1998.

［2］T.J.M.Boyd and J.J.Sanderson，The Physics Of Plasmas［M］.CAMBRIDGE，2004.

［3］孫卓.真空等離子體裝備技術(shù)及應(yīng)用［OL］.中國真空網(wǎng)，2005.2.

［4］張國柱，杜海文，劉麗琴.等離子清洗技術(shù)［J］.機(jī)電元件，2000，12(4):31 －34.

［5］梁治齊.實(shí)用清洗技術(shù)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.1.