แหล่งที่มาของการปนเปื้อนและการทำความสะอาดเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

สารอินทรีย์และอนินทรีย์บางชนิดจำเป็นต้องเข้าร่วมในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการนี้จะดำเนินการในห้องปลอดเชื้อโดยมีส่วนร่วมของมนุษย์เสมอ ซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์ย่อมปนเปื้อนจากสิ่งสกปรกต่างๆอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ตามแหล่งที่มาและธรรมชาติของสารปนเปื้อน สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ อนุภาค อินทรียวัตถุ ไอออนของโลหะ และออกไซด์

1. อนุภาค:

อนุภาคส่วนใหญ่เป็นโพลีเมอร์ สารต้านทานแสง และสารเจือปนจากการกัดกรด

สารปนเปื้อนดังกล่าวมักจะอาศัยแรงระหว่างโมเลกุลในการดูดซับบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งส่งผลต่อการก่อตัวของรูปทรงเรขาคณิตและพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของกระบวนการถ่ายภาพหินด้วยแสงของอุปกรณ์

สารปนเปื้อนดังกล่าวจะถูกกำจัดออกโดยค่อยๆ ลดพื้นที่สัมผัสกับพื้นผิวของสารดังกล่าวลงเวเฟอร์โดยวิธีทางกายภาพหรือทางเคมี

2. อินทรียวัตถุ:

แหล่งที่มาของสิ่งสกปรกอินทรีย์มีค่อนข้างกว้าง เช่น น้ำมันจากผิวหนังมนุษย์ แบคทีเรีย น้ำมันเครื่อง จาระบีสูญญากาศ สารต้านทานแสง ตัวทำละลายในการทำความสะอาด เป็นต้น

สารปนเปื้อนดังกล่าวมักจะก่อตัวเป็นฟิล์มอินทรีย์บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำยาทำความสะอาดเข้าถึงพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ส่งผลให้การทำความสะอาดพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ไม่สมบูรณ์

การกำจัดสิ่งปนเปื้อนดังกล่าวมักดำเนินการในขั้นตอนแรกของกระบวนการทำความสะอาด โดยส่วนใหญ่จะใช้วิธีการทางเคมี เช่น กรดซัลฟูริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

3. ไอออนของโลหะ:

สิ่งเจือปนของโลหะทั่วไป ได้แก่ เหล็ก ทองแดง อลูมิเนียม โครเมียม เหล็กหล่อ ไทเทเนียม โซเดียม โพแทสเซียม ลิเธียม ฯลฯ แหล่งที่มาหลักคือเครื่องใช้ต่างๆ ท่อ รีเอเจนต์เคมี และมลพิษทางโลหะที่เกิดขึ้นเมื่อการเชื่อมต่อระหว่างโลหะเกิดขึ้นระหว่างการประมวลผล

สิ่งเจือปนประเภทนี้มักถูกกำจัดออกโดยวิธีทางเคมีผ่านการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนไอออนของโลหะ

4. ออกไซด์:

เมื่อสารกึ่งตัวนำเวเฟอร์เมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนและน้ำ ชั้นออกไซด์ตามธรรมชาติจะเกิดขึ้นบนพื้นผิว ฟิล์มออกไซด์นี้จะขัดขวางกระบวนการต่างๆ มากมายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และยังมีสิ่งเจือปนจากโลหะอยู่ด้วย ภายใต้เงื่อนไขบางประการ จะทำให้เกิดข้อบกพร่องทางไฟฟ้า

การกำจัดฟิล์มออกไซด์นี้มักจะเสร็จสิ้นโดยการแช่ในกรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง

ลำดับการทำความสะอาดทั่วไป

สิ่งเจือปนที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ โมเลกุล ไอออนิก และอะตอม

ในหมู่พวกเขา แรงดูดซับระหว่างโมเลกุลเจือปนและพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์อ่อนแอ และอนุภาคเจือปนประเภทนี้ค่อนข้างง่ายที่จะกำจัด พวกมันส่วนใหญ่เป็นสิ่งเจือปนที่เป็นน้ำมันและมีลักษณะไม่ชอบน้ำ ซึ่งสามารถปกปิดสิ่งเจือปนที่เป็นไอออนิกและอะตอมที่ปนเปื้อนพื้นผิวของเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งไม่เอื้อต่อการกำจัดสิ่งเจือปนทั้งสองประเภทนี้ ดังนั้น เมื่อทำความสะอาดเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ทางเคมี ควรกำจัดสิ่งเจือปนในระดับโมเลกุลออกก่อน

ดังนั้นขั้นตอนทั่วไปของสารกึ่งตัวนำเวเฟอร์กระบวนการทำความสะอาดคือ:

การล้างน้ำแบบ de-molecularization-deionization-de-atomization-deionized

นอกจากนี้ เพื่อขจัดชั้นออกไซด์ตามธรรมชาติบนพื้นผิวของเวเฟอร์ จำเป็นต้องเพิ่มขั้นตอนการแช่กรดอะมิโนเจือจาง ดังนั้นแนวคิดในการทำความสะอาดคือการกำจัดสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์บนพื้นผิวก่อน จากนั้นละลายชั้นออกไซด์ ในที่สุดก็กำจัดอนุภาคและการปนเปื้อนของโลหะและทำลายพื้นผิวในเวลาเดียวกัน

วิธีการทำความสะอาดทั่วไป

วิธีทางเคมีมักใช้ในการทำความสะอาดเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

การทำความสะอาดสารเคมีหมายถึงกระบวนการใช้สารเคมีและตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ เพื่อทำปฏิกิริยาหรือละลายสิ่งสกปรกและคราบน้ำมันบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เพื่อขจัดสิ่งสกปรก จากนั้นล้างออกด้วยน้ำปราศจากไอออนทั้งร้อนและเย็นที่มีความบริสุทธิ์สูงจำนวนมากเพื่อให้ได้ พื้นผิวที่สะอาด

การทำความสะอาดด้วยสารเคมีสามารถแบ่งออกเป็นการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียกและการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแห้ง ซึ่งการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียกยังคงมีความสำคัญอยู่

การทำความสะอาดสารเคมีแบบเปียก

1. การทำความสะอาดสารเคมีแบบเปียก:

การทำความสะอาดสารเคมีแบบเปียกส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแช่สารละลาย การขัดถูด้วยกลไก การทำความสะอาดอัลตราโซนิก การทำความสะอาดเมกะโซนิก การฉีดพ่นแบบหมุน ฯลฯ

2. การแช่สารละลาย:

การแช่สารละลายเป็นวิธีการกำจัดการปนเปื้อนบนพื้นผิวโดยการจุ่มแผ่นเวเฟอร์ในสารละลายเคมี เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียก สามารถใช้สารละลายต่างๆ เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนประเภทต่างๆ บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ได้

โดยปกติแล้ว วิธีการนี้ไม่สามารถกำจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้น มาตรการทางกายภาพ เช่น การทำความร้อน อัลตราซาวนด์ และการกวน จึงมักใช้ในขณะที่จุ่มอยู่

3. การขัดด้วยกลไก:

การขัดถูด้วยกลไกมักใช้เพื่อขจัดอนุภาคหรือสารอินทรีย์ตกค้างบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสองวิธี:การขัดและขัดด้วยมือโดยใช้ที่ปัดน้ำฝน.

การขัดด้วยมือเป็นวิธีขัดที่ง่ายที่สุด แปรงสแตนเลสใช้เพื่อจับลูกบอลที่แช่ในเอทานอลปราศจากน้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ และค่อยๆ ถูพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ไปในทิศทางเดียวกันเพื่อขจัดฟิล์มขี้ผึ้ง ฝุ่น กาวที่ตกค้าง หรืออนุภาคของแข็งอื่นๆ วิธีนี้ทำให้เกิดรอยขีดข่วนและมลภาวะร้ายแรงได้ง่าย

ที่ปัดน้ำฝนใช้การหมุนเชิงกลเพื่อถูพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ด้วยแปรงขนนุ่มหรือแปรงผสม วิธีนี้จะช่วยลดรอยขีดข่วนบนแผ่นเวเฟอร์ได้อย่างมาก ที่ปัดน้ำฝนแรงดันสูงจะไม่เกิดรอยขีดข่วนบนแผ่นเวเฟอร์เนื่องจากขาดแรงเสียดทานทางกล และสามารถขจัดสิ่งปนเปื้อนในร่องได้

4. การทำความสะอาดอัลตราโซนิก:

การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นวิธีการทำความสะอาดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ข้อดีของมันคือผลการทำความสะอาดที่ดี ใช้งานง่าย และยังสามารถทำความสะอาดอุปกรณ์และภาชนะที่ซับซ้อนได้อีกด้วย

วิธีการทำความสะอาดนี้อยู่ภายใต้การกระทำของคลื่นอัลตราโซนิคกำลังสูง (ความถี่อัลตราโซนิกที่ใช้กันทั่วไปคือ 20s40kHz) และชิ้นส่วนที่กระจัดกระจายและหนาแน่นจะถูกสร้างขึ้นภายในตัวกลางของเหลว ส่วนที่กระจัดกระจายจะทำให้เกิดฟองอากาศเกือบเป็นโพรงสุญญากาศ เมื่อฟองโพรงหายไป จะเกิดแรงดันในบริเวณใกล้ฟองสบู่ ซึ่งทำลายพันธะเคมีในโมเลกุลเพื่อละลายสิ่งเจือปนบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงสุดในการกำจัดสารตกค้างของฟลักซ์ที่ไม่ละลายน้ำหรือไม่ละลายน้ำ

5. การทำความสะอาดเมกะโซนิค:

การทำความสะอาด Megasonic ไม่เพียงแต่มีข้อดีของการทำความสะอาดแบบอัลตราโซนิกเท่านั้น แต่ยังเอาชนะข้อบกพร่องอีกด้วย

การทำความสะอาด Megasonic เป็นวิธีการทำความสะอาดเวเฟอร์โดยการรวมเอฟเฟกต์การสั่นสะเทือนความถี่พลังงานสูง (850kHz) เข้ากับปฏิกิริยาทางเคมีของสารทำความสะอาดทางเคมี ในระหว่างการทำความสะอาด โมเลกุลของสารละลายจะถูกเร่งด้วยคลื่นเมกะโซนิก (ความเร็วสูงสุดทันทีสามารถสูงถึง 30cmVs) และคลื่นของไหลความเร็วสูงส่งผลกระทบต่อพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์อย่างต่อเนื่อง เพื่อให้สารมลพิษและอนุภาคละเอียดที่ติดอยู่กับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ เวเฟอร์ถูกบังคับให้เอาออกและเข้าสู่น้ำยาทำความสะอาด ในทางหนึ่งการเติมสารลดแรงตึงผิวที่เป็นกรดลงในสารละลายทำความสะอาดสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดอนุภาคและอินทรียวัตถุบนพื้นผิวขัดเงาผ่านการดูดซับของสารลดแรงตึงผิว ในทางกลับกัน ด้วยการผสมผสานระหว่างสารลดแรงตึงผิวและสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ทำให้สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดการปนเปื้อนของโลหะบนพื้นผิวของแผ่นขัดเงาได้ วิธีนี้สามารถมีบทบาทในการเช็ดเชิงกลและการทำความสะอาดสารเคมีไปพร้อมๆ กัน

ปัจจุบันวิธีการทำความสะอาดเมกาโซนิกกลายเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดแผ่นขัดเงา

6. วิธีการฉีดพ่นแบบโรตารี่:

วิธีการสเปรย์แบบหมุนเป็นวิธีการที่ใช้วิธีการทางกลในการหมุนแผ่นเวเฟอร์ด้วยความเร็วสูง และพ่นของเหลว (น้ำปราศจากไอออนที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือน้ำยาทำความสะอาดอื่นๆ) บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์อย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการหมุนเพื่อขจัดสิ่งสกปรกบน พื้นผิวของเวเฟอร์

วิธีนี้ใช้การปนเปื้อนบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เพื่อละลายในของเหลวที่พ่น (หรือทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อให้ละลาย) และใช้ผลแรงเหวี่ยงของการหมุนด้วยความเร็วสูงเพื่อทำให้ของเหลวที่มีสิ่งเจือปนแยกออกจากพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ทันเวลา

วิธีการพ่นแบบหมุนมีข้อดีคือการทำความสะอาดด้วยสารเคมี การทำความสะอาดกลไกของของไหล และการขัดด้วยแรงดันสูง ในเวลาเดียวกัน วิธีนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับกระบวนการทำให้แห้งได้อีกด้วย หลังจากการทำความสะอาดสเปรย์น้ำปราศจากไอออนเป็นระยะเวลาหนึ่ง สเปรย์น้ำจะหยุดลงและใช้สเปรย์แก๊ส ในเวลาเดียวกัน สามารถเพิ่มความเร็วในการหมุนเพื่อเพิ่มแรงเหวี่ยงเพื่อทำให้พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์แห้งได้อย่างรวดเร็ว

7.การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแห้ง

การซักแห้งหมายถึงเทคโนโลยีการทำความสะอาดที่ไม่ใช้น้ำยา

เทคโนโลยีการซักแห้งที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ เทคโนโลยีการทำความสะอาดพลาสมา เทคโนโลยีการทำความสะอาดเฟสก๊าซ เทคโนโลยีการทำความสะอาดลำแสง ฯลฯ

ข้อดีของการซักแห้งคือกระบวนการที่เรียบง่ายและไม่มีมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม แต่มีต้นทุนสูงและขอบเขตการใช้งานไม่ใหญ่นักในขณะนี้

1. เทคโนโลยีการทำความสะอาดพลาสม่า:

การทำความสะอาดพลาสมามักใช้ในกระบวนการกำจัดโฟโตรีซิสต์ มีการนำออกซิเจนจำนวนเล็กน้อยเข้าสู่ระบบปฏิกิริยาพลาสมา ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแรง ออกซิเจนจะสร้างพลาสมา ซึ่งจะออกซิไดซ์สารต้านทานแสงอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นสถานะก๊าซระเหย และถูกสกัดออกมา

เทคโนโลยีการทำความสะอาดนี้มีข้อดีคือใช้งานง่าย ประสิทธิภาพสูง พื้นผิวที่สะอาด ไม่มีรอยขีดข่วน และเอื้อต่อการรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในกระบวนการลอกกาว นอกจากนี้ยังไม่ใช้กรด ด่าง และตัวทำละลายอินทรีย์ และไม่มีปัญหาเช่นการกำจัดของเสียและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงมีคุณค่ามากขึ้นจากผู้คน อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถกำจัดคาร์บอนและโลหะที่ไม่ระเหยหรือสิ่งเจือปนของโลหะออกไซด์อื่นๆ ได้

2. เทคโนโลยีการทำความสะอาดเฟสแก๊ส:

การทำความสะอาดเฟสแก๊สหมายถึงวิธีการทำความสะอาดที่ใช้เฟสแก๊สเทียบเท่ากับสารที่เกี่ยวข้องในกระบวนการของเหลวเพื่อทำปฏิกิริยากับสารปนเปื้อนบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เพื่อบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดสิ่งสกปรก

ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการ CMOS การทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์จะใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟสก๊าซ HF และไอน้ำเพื่อกำจัดออกไซด์ โดยปกติแล้ว กระบวนการ HF ที่มีน้ำจะต้องมาพร้อมกับกระบวนการกำจัดอนุภาค ในขณะที่การใช้เทคโนโลยีการทำความสะอาด HF ที่เป็นเฟสก๊าซไม่จำเป็นต้องมีกระบวนการกำจัดอนุภาคในภายหลัง

ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ HF ในน้ำคือการใช้สารเคมี HF น้อยกว่ามากและประสิทธิภาพการทำความสะอาดที่สูงขึ้น

 

ยินดีต้อนรับลูกค้าจากทั่วทุกมุมโลกเพื่อเยี่ยมชมเราเพื่อหารือเพิ่มเติม!

https://www.vet-china.com/

https://www.facebook.com/people/Ningbo-Miami-Advanced-Material-Technology-Co-Ltd/100085673110923/

https://www.linkedin.com/company/100890232/admin/page-posts/published/

https://www.youtube.com/@user-oo9nl2qp6j