सेमीकंडक्टर वेफर संदूषण और सफाई के स्रोत

सेमीकंडक्टर निर्माण में भाग लेने के लिए कुछ कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थों की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, चूंकि प्रक्रिया हमेशा मानवीय भागीदारी, अर्धचालक के साथ एक साफ कमरे में की जाती हैवेफर्सविभिन्न अशुद्धियों से अनिवार्य रूप से दूषित होते हैं।

प्रदूषकों के स्रोत और प्रकृति के अनुसार, उन्हें मोटे तौर पर चार श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: कण, कार्बनिक पदार्थ, धातु आयन और ऑक्साइड।

 

1. कण:

कण मुख्य रूप से कुछ पॉलिमर, फोटोरेसिस्ट और नक़्क़ाशी अशुद्धियाँ हैं।

ऐसे संदूषक आमतौर पर वेफर की सतह पर सोखने के लिए अंतर-आणविक बलों पर निर्भर होते हैं, जो डिवाइस फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया के ज्यामितीय आंकड़ों और विद्युत मापदंडों के निर्माण को प्रभावित करते हैं।

ऐसे संदूषकों को मुख्य रूप से सतह के साथ उनके संपर्क क्षेत्र को धीरे-धीरे कम करके हटा दिया जाता हैवफ़रभौतिक या रासायनिक तरीकों से.

 

2. कार्बनिक पदार्थ:

कार्बनिक अशुद्धियों के स्रोत अपेक्षाकृत व्यापक हैं, जैसे मानव त्वचा का तेल, बैक्टीरिया, मशीन तेल, वैक्यूम ग्रीस, फोटोरेसिस्ट, सफाई सॉल्वैंट्स इत्यादि।

ऐसे संदूषक आमतौर पर सफाई तरल को वेफर की सतह तक पहुंचने से रोकने के लिए वेफर की सतह पर एक कार्बनिक फिल्म बनाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप वेफर सतह की सफाई अधूरी होती है।

ऐसे संदूषकों को हटाना अक्सर सफाई प्रक्रिया के पहले चरण में किया जाता है, मुख्य रूप से सल्फ्यूरिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसे रासायनिक तरीकों का उपयोग करके।

 

3. धातु आयन:

सामान्य धातु अशुद्धियों में लोहा, तांबा, एल्यूमीनियम, क्रोमियम, कच्चा लोहा, टाइटेनियम, सोडियम, पोटेशियम, लिथियम आदि शामिल हैं। मुख्य स्रोत विभिन्न बर्तन, पाइप, रासायनिक अभिकर्मक और प्रसंस्करण के दौरान धातु के अंतर्संबंध बनने से उत्पन्न धातु प्रदूषण हैं।

इस प्रकार की अशुद्धता को अक्सर धातु आयन कॉम्प्लेक्स के निर्माण के माध्यम से रासायनिक तरीकों से हटा दिया जाता है।

 

4. ऑक्साइड:

जब अर्धचालकवेफर्सऑक्सीजन और पानी वाले वातावरण के संपर्क में आने पर सतह पर एक प्राकृतिक ऑक्साइड परत बन जाएगी। यह ऑक्साइड फिल्म सेमीकंडक्टर निर्माण में कई प्रक्रियाओं में बाधा बनेगी और इसमें कुछ धातु की अशुद्धियाँ भी होंगी। कुछ शर्तों के तहत, वे विद्युत दोष उत्पन्न करेंगे।

इस ऑक्साइड फिल्म को हटाने का काम अक्सर तनु हाइड्रोफ्लोरिक एसिड में भिगोकर पूरा किया जाता है।

 

सामान्य सफाई क्रम

अर्धचालक की सतह पर अधिशोषित अशुद्धियाँवेफर्सतीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: आणविक, आयनिक और परमाणु।

उनमें से, आणविक अशुद्धियों और वेफर की सतह के बीच सोखना बल कमजोर है, और इस प्रकार के अशुद्धता कणों को निकालना अपेक्षाकृत आसान है। वे ज्यादातर हाइड्रोफोबिक विशेषताओं वाली तैलीय अशुद्धियाँ हैं, जो अर्धचालक वेफर्स की सतह को दूषित करने वाली आयनिक और परमाणु अशुद्धियों के लिए मास्किंग प्रदान कर सकती हैं, जो इन दो प्रकार की अशुद्धियों को हटाने के लिए अनुकूल नहीं है। इसलिए, अर्धचालक वेफर्स की रासायनिक सफाई करते समय, आणविक अशुद्धियों को पहले हटा दिया जाना चाहिए।

इसलिए, अर्धचालक की सामान्य प्रक्रियावफ़रसफाई प्रक्रिया है:

डी-आणविकीकरण-विआयनीकरण-डी-परमाणुकरण-विआयनीकृत जल से कुल्ला करना।

इसके अलावा, वेफर की सतह पर प्राकृतिक ऑक्साइड परत को हटाने के लिए, एक पतला अमीनो एसिड भिगोने वाला चरण जोड़ने की आवश्यकता होती है। इसलिए, सफाई का विचार सबसे पहले सतह पर मौजूद कार्बनिक संदूषण को हटाना है; फिर ऑक्साइड परत को भंग करें; अंततः कणों और धातु संदूषण को हटा दें, और साथ ही सतह को निष्क्रिय करें।

 

सामान्य सफ़ाई के तरीके

सेमीकंडक्टर वेफर्स की सफाई के लिए अक्सर रासायनिक तरीकों का उपयोग किया जाता है।

रासायनिक सफाई वेफर की सतह पर अशुद्धियों और तेल के दागों पर प्रतिक्रिया करने या उन्हें घोलने के लिए विभिन्न रासायनिक अभिकर्मकों और कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग करने की प्रक्रिया को संदर्भित करती है, और फिर प्राप्त करने के लिए उच्च शुद्धता वाले गर्म और ठंडे विआयनीकृत पानी की एक बड़ी मात्रा के साथ कुल्ला करती है। एक साफ़ सतह.

रासायनिक सफाई को गीली रासायनिक सफाई और सूखी रासायनिक सफाई में विभाजित किया जा सकता है, जिनमें से गीली रासायनिक सफाई अभी भी प्रमुख है।

 

गीली रासायनिक सफाई

 

1. गीली रासायनिक सफाई:

गीली रासायनिक सफाई में मुख्य रूप से समाधान विसर्जन, यांत्रिक स्क्रबिंग, अल्ट्रासोनिक सफाई, मेगासोनिक सफाई, रोटरी छिड़काव आदि शामिल हैं।

 

2. समाधान विसर्जन:

समाधान विसर्जन वेफर को रासायनिक घोल में डुबो कर सतह के संदूषण को दूर करने की एक विधि है। गीली रासायनिक सफाई में यह सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि है। वेफर की सतह पर विभिन्न प्रकार के संदूषकों को हटाने के लिए विभिन्न समाधानों का उपयोग किया जा सकता है।

आमतौर पर, यह विधि वेफर की सतह पर मौजूद अशुद्धियों को पूरी तरह से दूर नहीं कर सकती है, इसलिए विसर्जन करते समय हीटिंग, अल्ट्रासाउंड और सरगर्मी जैसे भौतिक उपायों का अक्सर उपयोग किया जाता है।

 

3. यांत्रिक स्क्रबिंग:

वेफर की सतह पर कणों या कार्बनिक अवशेषों को हटाने के लिए अक्सर यांत्रिक स्क्रबिंग का उपयोग किया जाता है। इसे आम तौर पर दो तरीकों में विभाजित किया जा सकता है:वाइपर द्वारा मैन्युअल स्क्रबिंग और स्क्रबिंग.

मैनुअल स्क्रबिंगस्क्रबिंग की सबसे सरल विधि है. एक स्टेनलेस स्टील ब्रश का उपयोग निर्जल इथेनॉल या अन्य कार्बनिक सॉल्वैंट्स में भिगोई गई गेंद को पकड़ने और मोम फिल्म, धूल, अवशिष्ट गोंद या अन्य ठोस कणों को हटाने के लिए उसी दिशा में वेफर की सतह को धीरे से रगड़ने के लिए किया जाता है। इस विधि से खरोंच और गंभीर प्रदूषण होना आसान है।

वाइपर नरम ऊनी ब्रश या मिश्रित ब्रश से वेफर की सतह को रगड़ने के लिए यांत्रिक घुमाव का उपयोग करता है। यह विधि वेफर पर खरोंच को बहुत कम कर देती है। उच्च दबाव वाला वाइपर यांत्रिक घर्षण की कमी के कारण वेफर को खरोंच नहीं करेगा, और खांचे में संदूषण को हटा सकता है।

 

4. अल्ट्रासोनिक सफाई:

अल्ट्रासोनिक सफाई अर्धचालक उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एक सफाई विधि है। इसके फायदे अच्छे सफाई प्रभाव, सरल संचालन हैं, और जटिल उपकरणों और कंटेनरों को भी साफ कर सकते हैं।

यह सफाई विधि मजबूत अल्ट्रासोनिक तरंगों (आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली अल्ट्रासोनिक आवृत्ति 20s40kHz है) की कार्रवाई के तहत है, और तरल माध्यम के अंदर विरल और घने हिस्से उत्पन्न होंगे। विरल भाग लगभग निर्वात गुहा बुलबुला उत्पन्न करेगा। जब गुहा बुलबुला गायब हो जाता है, तो इसके पास एक मजबूत स्थानीय दबाव उत्पन्न होगा, जो वेफर सतह पर अशुद्धियों को भंग करने के लिए अणुओं में रासायनिक बंधन को तोड़ देगा। अघुलनशील या अघुलनशील फ्लक्स अवशेषों को हटाने के लिए अल्ट्रासोनिक सफाई सबसे प्रभावी है।

 

5. मेगासोनिक सफाई:

मेगासोनिक सफाई में न केवल अल्ट्रासोनिक सफाई के फायदे हैं, बल्कि इसकी कमियां भी दूर हो जाती हैं।

मेगासोनिक सफाई रासायनिक सफाई एजेंटों की रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ उच्च-ऊर्जा (850kHz) आवृत्ति कंपन प्रभाव को जोड़कर वेफर्स को साफ करने की एक विधि है। सफाई के दौरान, समाधान के अणुओं को मेगासोनिक तरंग (अधिकतम तात्कालिक गति 30 सेमीवी तक पहुंच सकती है) द्वारा त्वरित किया जाता है, और उच्च गति वाली तरल तरंग लगातार वेफर की सतह पर प्रभाव डालती है, जिससे प्रदूषक और बारीक कण सतह से चिपक जाते हैं। वेफर को जबरन हटा दिया जाता है और सफाई समाधान में डाल दिया जाता है। सफाई समाधान में अम्लीय सर्फेक्टेंट जोड़ने से, एक ओर, सर्फेक्टेंट के सोखने के माध्यम से पॉलिशिंग सतह पर कणों और कार्बनिक पदार्थों को हटाने का उद्देश्य प्राप्त हो सकता है; दूसरी ओर, सर्फेक्टेंट और अम्लीय वातावरण के एकीकरण के माध्यम से, यह पॉलिशिंग शीट की सतह पर धातु संदूषण को हटाने के उद्देश्य को प्राप्त कर सकता है। यह विधि एक साथ यांत्रिक पोंछने और रासायनिक सफाई की भूमिका निभा सकती है।

वर्तमान में, पॉलिशिंग शीट की सफाई के लिए मेगासोनिक सफाई विधि एक प्रभावी विधि बन गई है।

 

6. रोटरी स्प्रे विधि:

रोटरी स्प्रे विधि एक ऐसी विधि है जो वेफर को उच्च गति से घुमाने के लिए यांत्रिक तरीकों का उपयोग करती है, और रोटेशन प्रक्रिया के दौरान वेफर की सतह पर अशुद्धियों को दूर करने के लिए लगातार तरल (उच्च शुद्धता विआयनीकृत पानी या अन्य सफाई तरल) का छिड़काव करती है। वेफर की सतह.

यह विधि स्प्रे किए गए तरल में घुलने के लिए वेफर की सतह पर संदूषण का उपयोग करती है (या घुलने के लिए इसके साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करती है), और अशुद्धियों वाले तरल को वेफर की सतह से अलग करने के लिए उच्च गति रोटेशन के केन्द्रापसारक प्रभाव का उपयोग करती है। समय के भीतर।

रोटरी स्प्रे विधि में रासायनिक सफाई, द्रव यांत्रिकी सफाई और उच्च दबाव स्क्रबिंग के फायदे हैं। वहीं, इस विधि को सुखाने की प्रक्रिया के साथ भी जोड़ा जा सकता है। विआयनीकृत जल स्प्रे सफाई की अवधि के बाद, जल स्प्रे बंद कर दिया जाता है और एक स्प्रे गैस का उपयोग किया जाता है। साथ ही, वेफर की सतह को जल्दी से निर्जलित करने के लिए केन्द्रापसारक बल को बढ़ाने के लिए रोटेशन की गति को बढ़ाया जा सकता है।

 

7.सूखी रासायनिक सफाई

ड्राई क्लीनिंग से तात्पर्य सफाई तकनीक से है जो समाधानों का उपयोग नहीं करती है।

वर्तमान में उपयोग की जाने वाली ड्राई क्लीनिंग तकनीकों में शामिल हैं: प्लाज्मा सफाई तकनीक, गैस चरण सफाई तकनीक, बीम सफाई तकनीक, आदि।

ड्राई क्लीनिंग के फायदे सरल प्रक्रिया और कोई पर्यावरण प्रदूषण नहीं है, लेकिन लागत अधिक है और उपयोग का दायरा फिलहाल बड़ा नहीं है।

 

1. प्लाज्मा सफाई तकनीक:

प्लाज्मा सफाई का उपयोग अक्सर फोटोरेसिस्ट हटाने की प्रक्रिया में किया जाता है। प्लाज्मा प्रतिक्रिया प्रणाली में थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन डाली जाती है। एक मजबूत विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, ऑक्सीजन प्लाज्मा उत्पन्न करता है, जो फोटोरेसिस्ट को जल्दी से एक अस्थिर गैस अवस्था में ऑक्सीकरण करता है और निकाला जाता है।

इस सफाई तकनीक में आसान संचालन, उच्च दक्षता, साफ सतह, कोई खरोंच नहीं होने के फायदे हैं और यह डीगमिंग प्रक्रिया में उत्पाद की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए अनुकूल है। इसके अलावा, इसमें एसिड, क्षार और कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग नहीं किया जाता है, और अपशिष्ट निपटान और पर्यावरण प्रदूषण जैसी कोई समस्या नहीं होती है। इसलिए, लोगों द्वारा इसे तेजी से महत्व दिया जा रहा है। हालाँकि, यह कार्बन और अन्य गैर-वाष्पशील धातु या धातु ऑक्साइड अशुद्धियों को दूर नहीं कर सकता है।

 

2. गैस चरण सफाई तकनीक:

गैस चरण सफाई एक सफाई विधि को संदर्भित करती है जो अशुद्धियों को हटाने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए वेफर की सतह पर दूषित पदार्थ के साथ बातचीत करने के लिए तरल प्रक्रिया में संबंधित पदार्थ के बराबर गैस चरण का उपयोग करती है।

उदाहरण के लिए, सीएमओएस प्रक्रिया में, वेफर सफाई ऑक्साइड को हटाने के लिए गैस चरण एचएफ और जल वाष्प के बीच बातचीत का उपयोग करती है। आमतौर पर, पानी युक्त एचएफ प्रक्रिया के साथ कण हटाने की प्रक्रिया भी होनी चाहिए, जबकि गैस चरण एचएफ सफाई तकनीक के उपयोग के लिए बाद की कण हटाने की प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं होती है।

जलीय एचएफ प्रक्रिया की तुलना में सबसे महत्वपूर्ण लाभ बहुत कम एचएफ रासायनिक खपत और उच्च सफाई दक्षता हैं।

 

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