Ang wet cleaning (Wet Clean) ay isa sa mga kritikal na hakbang sa mga proseso ng pagmamanupaktura ng semiconductor, na naglalayong alisin ang iba't ibang mga contaminant mula sa ibabaw ng wafer upang matiyak na ang mga susunod na hakbang sa proseso ay maaaring gawin sa isang malinis na ibabaw.
Habang patuloy na lumiliit ang laki ng mga aparatong semiconductor at tumataas ang mga kinakailangan sa katumpakan, ang mga teknikal na pangangailangan ng mga proseso ng paglilinis ng wafer ay naging lalong mahigpit. Kahit na ang pinakamaliit na particle, organic na materyales, metal ions, o oxide residues sa ibabaw ng wafer ay maaaring makaapekto nang malaki sa performance ng device, at sa gayon ay makakaapekto sa yield at reliability ng semiconductor device.
Mga Pangunahing Prinsipyo ng Paglilinis ng Wafer
Ang ubod ng paglilinis ng wafer ay nakasalalay sa epektibong pag-alis ng iba't ibang mga kontaminant mula sa ibabaw ng wafer sa pamamagitan ng pisikal, kemikal, at iba pang mga pamamaraan upang matiyak na ang wafer ay may malinis na ibabaw na angkop para sa kasunod na pagproseso.
Uri ng Kontaminasyon
Pangunahing Impluwensiya sa Mga Katangian ng Device
| Artikulo Kontaminasyon | Mga depekto sa pattern
Mga depekto sa pagtatanim ng ion
Mga depekto sa pagkasira ng insulating film
| |
| Kontaminasyong Metal | Mga Metal na Alkali | Kawalang-tatag ng MOS transistor
Gate oxide film breakdown/degradation
|
| Malakas na Metal | Tumaas na PN junction reverse leakage current
Gate oxide film breakdown defects
Panghabambuhay na pagkasira ng minorya na carrier
Pagbuo ng depekto ng layer ng oxide excitation
| |
| Kontaminasyon ng Kemikal | Organikong Materyal | Gate oxide film breakdown defects
Mga variation ng CVD film (mga oras ng incubation)
Mga pagkakaiba-iba ng kapal ng thermal oxide film (pinabilis na oksihenasyon)
paglitaw ng usok (wafer, lens, salamin, maskara, reticle)
|
| Mga Inorganikong Dopant (B, P) | Ang MOS transistor Vth ay nagbabago
Si substrate at mataas na paglaban sa mga pagkakaiba-iba ng paglaban ng poly-silicon sheet
| |
| Mga Inorganic na Base (amines, ammonia) at Mga Acid (SOx) | Pagkasira ng resolution ng chemically amplified resists
Ang paglitaw ng kontaminasyon ng particle at haze dahil sa pagbuo ng asin
| |
| Mga Pelikulang Native at Chemical Oxide Dahil sa Moisture, Air | Tumaas na paglaban sa pakikipag-ugnay
Gate oxide film breakdown/degradation
| |
Sa partikular, ang mga layunin ng proseso ng paglilinis ng wafer ay kinabibilangan ng:
Pag-alis ng Particle: Paggamit ng pisikal o kemikal na mga pamamaraan upang alisin ang maliliit na particle na nakakabit sa ibabaw ng wafer. Ang mas maliliit na particle ay mas mahirap tanggalin dahil sa malakas na electrostatic forces sa pagitan nila at ng wafer surface, na nangangailangan ng espesyal na paggamot.
Pag-alis ng Organic na Materyal: Ang mga organikong kontaminant tulad ng grasa at mga residu ng photoresist ay maaaring dumikit sa ibabaw ng wafer. Ang mga contaminant na ito ay kadalasang inaalis gamit ang malalakas na oxidizing agent o solvents.
Metal Ion Removal: Ang mga residue ng metal ion sa ibabaw ng wafer ay maaaring magpapahina sa pagganap ng kuryente at makakaapekto pa sa mga susunod na hakbang sa pagproseso. Samakatuwid, ang mga tiyak na solusyon sa kemikal ay ginagamit upang alisin ang mga ion na ito.
Pag-alis ng Oxide: Ang ilang mga proseso ay nangangailangan ng ibabaw ng wafer na malaya mula sa mga layer ng oxide, tulad ng silicon oxide. Sa ganitong mga kaso, ang mga natural na layer ng oxide ay kailangang alisin sa panahon ng ilang mga hakbang sa paglilinis.
Ang hamon ng teknolohiya sa paglilinis ng wafer ay nakasalalay sa mahusay na pag-alis ng mga contaminant nang hindi naaapektuhan ang ibabaw ng wafer, tulad ng pagpigil sa pag-rough ng ibabaw, kaagnasan, o iba pang pisikal na pinsala.
2. Daloy ng Proseso ng Paglilinis ng Wafer
Ang proseso ng paglilinis ng wafer ay karaniwang nagsasangkot ng maraming hakbang upang matiyak ang kumpletong pag-alis ng mga kontaminant at makakuha ng ganap na malinis na ibabaw.
Figure: Paghahambing sa Pagitan ng Batch-Type at Single-Wafer Cleaning
Kasama sa karaniwang proseso ng paglilinis ng wafer ang mga sumusunod na pangunahing hakbang:
1. Pre-Cleaning (Pre-Clean)
Ang layunin ng pre-cleaning ay alisin ang mga maluwag na contaminant at malalaking particle mula sa ibabaw ng wafer, na karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng deionized water (DI Water) na pagbabanlaw at ultrasonic cleaning. Ang deionized na tubig ay maaaring unang mag-alis ng mga particle at natutunaw na dumi mula sa ibabaw ng wafer, habang ang ultrasonic na paglilinis ay gumagamit ng mga epekto ng cavitation upang maputol ang bono sa pagitan ng mga particle at ang ibabaw ng wafer, na ginagawang mas madaling maalis ang mga ito.
2. Paglilinis ng Kemikal
Ang paglilinis ng kemikal ay isa sa mga pangunahing hakbang sa proseso ng paglilinis ng wafer, gamit ang mga kemikal na solusyon upang alisin ang mga organikong materyales, metal ions, at oxide mula sa ibabaw ng wafer.
Organic Material Removal: Karaniwan, ang acetone o isang ammonia/peroxide mixture (SC-1) ay ginagamit upang matunaw at ma-oxidize ang mga organikong contaminant. Ang karaniwang ratio para sa SC-1 na solusyon ay NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, na may gumaganang temperatura na humigit-kumulang 20°C.
Metal Ion Removal: Nitric acid o hydrochloric acid/peroxide mixtures (SC-2) ay ginagamit upang alisin ang mga metal ions mula sa ibabaw ng wafer. Ang karaniwang ratio para sa solusyon ng SC-2 ay HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, na pinapanatili ang temperatura sa humigit-kumulang 80°C.
Pag-alis ng Oxide: Sa ilang proseso, kinakailangan ang pag-alis ng native na layer ng oxide mula sa ibabaw ng wafer, kung saan ginagamit ang hydrofluoric acid (HF) solution. Ang karaniwang ratio para sa HF solution ay HF
₂O = 1:50, at maaari itong gamitin sa temperatura ng silid.
3. Pangwakas na Paglilinis
Pagkatapos ng kemikal na paglilinis, ang mga wafer ay karaniwang sumasailalim sa isang panghuling hakbang sa paglilinis upang matiyak na walang nalalabi na mga kemikal sa ibabaw. Pangwakas na paglilinis ay pangunahing gumagamit ng deionized na tubig para sa masusing pagbabanlaw. Bukod pa rito, ginagamit ang paglilinis ng tubig ng ozone (O₃/H₂O) upang higit pang alisin ang anumang natitirang mga kontaminant mula sa ibabaw ng wafer.
4. Pagpapatuyo
Ang nalinis na mga wafer ay dapat na matuyo nang mabilis upang maiwasan ang mga watermark o muling pagkakabit ng mga kontaminant. Kasama sa mga karaniwang paraan ng pagpapatuyo ang spin drying at nitrogen purging. Ang una ay nag-aalis ng kahalumigmigan mula sa ibabaw ng wafer sa pamamagitan ng pag-ikot sa mataas na bilis, habang ang huli ay nagsisiguro ng kumpletong pagpapatuyo sa pamamagitan ng pag-ihip ng tuyong nitrogen gas sa ibabaw ng wafer.
Contaminant
Pangalan ng Pamamaraan sa Paglilinis
Paglalarawan ng Pinaghalong Kemikal
Mga kemikal
| Mga particle | Piranha (SPM) | Sulfuric acid/hydrogen peroxide/DI water | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammonium hydroxide/hydrogen peroxide/DI water | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Mga metal (hindi tanso) | SC-2 (HPM) | Hydrochloric acid/hydrogen peroxide/DI water | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Sulfuric acid/hydrogen peroxide/DI water | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Maghalo ng hydrofluoric acid/DI water (hindi mag-aalis ng tanso) | HF/H2O1:50 | |
| Organics | Piranha (SPM) | Sulfuric acid/hydrogen peroxide/DI water | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammonium hydroxide/hydrogen peroxide/DI water | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozone sa de-ionized na tubig | O3/H2O Optimized Mixtures | |
| Native Oxide | DHF | Maghalo ng hydrofluoric acid/DI water | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Buffered hydrofluoric acid | NH4F/HF/H2O |
3. Mga Karaniwang Paraan ng Paglilinis ng Wafer
1. Paraan ng Paglilinis ng RCA
Ang paraan ng paglilinis ng RCA ay isa sa mga pinaka-klasikong diskarte sa paglilinis ng wafer sa industriya ng semiconductor, na binuo ng RCA Corporation mahigit 40 taon na ang nakalipas. Ang paraang ito ay pangunahing ginagamit upang alisin ang mga organikong kontaminant at mga dumi ng metal ion at maaaring kumpletuhin sa dalawang hakbang: SC-1 (Standard Clean 1) at SC-2 (Standard Clean 2).
Paglilinis ng SC-1: Ang hakbang na ito ay pangunahing ginagamit upang alisin ang mga organikong kontaminant at particle. Ang solusyon ay pinaghalong ammonia, hydrogen peroxide, at tubig, na bumubuo ng manipis na layer ng silicon oxide sa ibabaw ng wafer.
Paglilinis ng SC-2: Ang hakbang na ito ay pangunahing ginagamit upang alisin ang mga kontaminant ng metal ion, gamit ang pinaghalong hydrochloric acid, hydrogen peroxide, at tubig. Nag-iiwan ito ng manipis na passivation layer sa wafer surface para maiwasan ang recontamination.
2. Paraan ng Paglilinis ng Piranha (Piranha Etch Clean)
Ang paraan ng paglilinis ng Piranha ay isang napaka-epektibong pamamaraan para sa pag-alis ng mga organikong materyales, gamit ang pinaghalong sulfuric acid at hydrogen peroxide, karaniwang nasa ratio na 3:1 o 4:1. Dahil sa napakalakas na oxidative properties ng solusyon na ito, maaari itong mag-alis ng malaking halaga ng organikong bagay at matigas ang ulo contaminants. Ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng mahigpit na kontrol sa mga kondisyon, lalo na sa mga tuntunin ng temperatura at konsentrasyon, upang maiwasan ang pagkasira ng ostiya.
Ginagamit ng ultrasonic na paglilinis ang epekto ng cavitation na nabuo ng mga high-frequency na sound wave sa isang likido upang alisin ang mga contaminant mula sa ibabaw ng wafer. Kung ikukumpara sa tradisyunal na ultrasonic cleaning, ang megasonic na paglilinis ay gumagana sa mas mataas na dalas, na nagbibigay-daan sa mas mahusay na pag-alis ng sub-micron-sized na mga particle nang hindi nagdudulot ng pinsala sa ibabaw ng wafer.
4. Paglilinis ng Ozone
Ginagamit ng teknolohiya sa paglilinis ng ozone ang malakas na mga katangian ng pag-oxidize ng ozone upang mabulok at maalis ang mga organikong kontaminant mula sa ibabaw ng wafer, na sa huli ay ginagawang hindi nakakapinsalang carbon dioxide at tubig. Ang pamamaraang ito ay hindi nangangailangan ng paggamit ng mga mamahaling kemikal na reagents at nagiging sanhi ng mas kaunting polusyon sa kapaligiran, na ginagawa itong isang umuusbong na teknolohiya sa larangan ng paglilinis ng ostiya.
4. Kagamitan sa Proseso ng Paglilinis ng Wafer
Upang matiyak ang kahusayan at kaligtasan ng mga proseso ng paglilinis ng wafer, ang iba't ibang advanced na kagamitan sa paglilinis ay ginagamit sa paggawa ng semiconductor. Ang mga pangunahing uri ay kinabibilangan ng:
1. Basang Kagamitan sa Paglilinis
Kasama sa wet cleaning equipment ang iba't ibang immersion tank, ultrasonic cleaning tank, at spin dryer. Pinagsasama ng mga device na ito ang mga mekanikal na puwersa at mga kemikal na reagents upang alisin ang mga kontaminant mula sa ibabaw ng wafer. Ang mga immersion tank ay karaniwang nilagyan ng mga temperature control system upang matiyak ang katatagan at pagiging epektibo ng mga kemikal na solusyon.
2. Dry Cleaning Equipment
Pangunahing kasama ng mga kagamitan sa dry cleaning ang mga plasma cleaner, na gumagamit ng mga particle na may mataas na enerhiya sa plasma upang tumugon at mag-alis ng mga nalalabi sa ibabaw ng wafer. Ang paglilinis ng plasma ay partikular na angkop para sa mga prosesong nangangailangan ng pagpapanatili ng integridad ng ibabaw nang hindi naglalagay ng nalalabi sa kemikal.
3. Mga Automated Cleaning System
Sa patuloy na pagpapalawak ng produksyon ng semiconductor, ang mga awtomatikong sistema ng paglilinis ay naging mas pinili para sa malakihang paglilinis ng wafer. Ang mga system na ito ay kadalasang kinabibilangan ng mga automated transfer mechanism, multi-tank cleaning system, at precision control system para matiyak ang pare-parehong resulta ng paglilinis para sa bawat wafer.
5. Mga Uso sa Hinaharap
Habang patuloy na lumiliit ang mga semiconductor device, umuusbong ang teknolohiya sa paglilinis ng wafer tungo sa mga mas mahusay at pangkalikasan na solusyon. Ang mga teknolohiya sa paglilinis sa hinaharap ay tututuon sa:
Sub-nanometer Particle Removal: Kakayanin ng mga kasalukuyang teknolohiya sa paglilinis ang mga nanometer-scale na particle, ngunit sa karagdagang pagbabawas sa laki ng device, ang pag-alis ng mga sub-nanometer na particle ay magiging isang bagong hamon.
Green at Eco-friendly na Paglilinis: Ang pagbabawas sa paggamit ng mga kemikal na nakakapinsala sa kapaligiran at pagbuo ng mas eco-friendly na mga pamamaraan ng paglilinis, tulad ng paglilinis ng ozone at megasonic na paglilinis, ay magiging lalong mahalaga.
Mas Mataas na Antas ng Automation at Intelligence: Ang mga matalinong sistema ay magbibigay-daan sa real-time na pagsubaybay at pagsasaayos ng iba't ibang mga parameter sa panahon ng proseso ng paglilinis, higit pang pagpapabuti ng pagiging epektibo ng paglilinis at kahusayan sa produksyon.
Ang teknolohiya ng paglilinis ng wafer, bilang isang kritikal na hakbang sa paggawa ng semiconductor, ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagtiyak ng malinis na ibabaw ng wafer para sa mga susunod na proseso. Ang kumbinasyon ng iba't ibang paraan ng paglilinis ay epektibong nag-aalis ng mga kontaminant, na nagbibigay ng malinis na ibabaw ng substrate para sa mga susunod na hakbang. Habang umuunlad ang teknolohiya, patuloy na ino-optimize ang mga proseso ng paglilinis upang matugunan ang mga pangangailangan para sa mas mataas na katumpakan at mas mababang mga rate ng depekto sa paggawa ng semiconductor.
Oras ng post: Okt-08-2024