सेमीकंडक्टर वेफर संदूषण और सफाई के स्रोत

सेमीकंडक्टर निर्माण में कुछ कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थों की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, चूंकि यह प्रक्रिया हमेशा मानव भागीदारी के साथ एक स्वच्छ कक्ष में की जाती है, इसलिए सेमीकंडक्टरवेफर्सविभिन्न अशुद्धियों से दूषित होना अपरिहार्य है।

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

 

1. कण:

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

इस प्रकार के संदूषक आमतौर पर वेफर की सतह पर अधिशोषित होने के लिए अंतर-आणविक बलों पर निर्भर करते हैं, जिससे डिवाइस की फोटोलिथोग्राफी प्रक्रिया के ज्यामितीय आकृतियों और विद्युत मापदंडों के निर्माण पर प्रभाव पड़ता है।

ऐसे संदूषकों को मुख्य रूप से सतह के साथ उनके संपर्क क्षेत्र को धीरे-धीरे कम करके हटाया जाता है।वफ़रभौतिक या रासायनिक विधियों के माध्यम से।

 

2. कार्बनिक पदार्थ:

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

इस प्रकार के संदूषक आमतौर पर वेफर की सतह पर एक कार्बनिक परत बना लेते हैं जिससे सफाई करने वाला तरल पदार्थ वेफर की सतह तक नहीं पहुंच पाता, जिसके परिणामस्वरूप वेफर की सतह की सफाई अधूरी रह जाती है।

इस प्रकार के संदूषकों को हटाना अक्सर सफाई प्रक्रिया के पहले चरण में किया जाता है, मुख्य रूप से सल्फ्यूरिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसी रासायनिक विधियों का उपयोग करके।

 

3. धातु आयन:

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

इस प्रकार की अशुद्धियों को अक्सर धातु आयन कॉम्प्लेक्स के निर्माण के माध्यम से रासायनिक विधियों द्वारा दूर किया जाता है।

 

4. ऑक्साइड:

जब अर्धचालकवेफर्सजब अर्धचालकों को ऑक्सीजन और जल युक्त वातावरण में रखा जाता है, तो उनकी सतह पर एक प्राकृतिक ऑक्साइड परत बन जाती है। यह ऑक्साइड परत अर्धचालक निर्माण की कई प्रक्रियाओं में बाधा डालती है और इसमें कुछ धातु अशुद्धियाँ भी होती हैं। कुछ विशेष परिस्थितियों में, ये विद्युत दोष उत्पन्न कर सकती हैं।

इस ऑक्साइड परत को हटाने की प्रक्रिया अक्सर तनु हाइड्रोफ्लोरिक एसिड में भिगोने से पूरी हो जाती है।

 

सामान्य सफाई प्रक्रिया

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

इनमें से, आणविक अशुद्धियों और वेफर की सतह के बीच अधिशोषण बल कमजोर होता है, और इस प्रकार के अशुद्ध कणों को हटाना अपेक्षाकृत आसान होता है। ये ज्यादातर जल-विरोधी गुणों वाली तैलीय अशुद्धियाँ होती हैं, जो अर्धचालक वेफर की सतह को दूषित करने वाली आयनिक और परमाणु अशुद्धियों को ढक सकती हैं, जिससे इन दोनों प्रकार की अशुद्धियों को हटाना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, अर्धचालक वेफरों की रासायनिक सफाई करते समय, आणविक अशुद्धियों को पहले हटाना चाहिए।

इसलिए, अर्धचालक की सामान्य प्रक्रियावफ़रसफाई प्रक्रिया इस प्रकार है:

वि-आणविकीकरण-विआयनीकरण-वि-परमाणुकरण-विआयनीकृत जल से धुलाई।

इसके अतिरिक्त, वेफर की सतह पर मौजूद प्राकृतिक ऑक्साइड परत को हटाने के लिए, तनु अमीनो एसिड में भिगोने की प्रक्रिया को शामिल करना आवश्यक है। इसलिए, सफाई का मूल विचार यह है कि पहले सतह पर मौजूद कार्बनिक संदूषण को हटाया जाए; फिर ऑक्साइड परत को घोला जाए; अंत में कणों और धातु संदूषण को हटाया जाए और साथ ही सतह को निष्क्रिय किया जाए।

 

सफाई के सामान्य तरीके

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

रासायनिक सफाई से तात्पर्य विभिन्न रासायनिक अभिकर्मकों और कार्बनिक विलायकों का उपयोग करके वेफर की सतह पर मौजूद अशुद्धियों और तेल के दागों को प्रतिक्रिया करके या घोलकर अशुद्धियों को हटाने की प्रक्रिया से है, और फिर एक साफ सतह प्राप्त करने के लिए उच्च शुद्धता वाले गर्म और ठंडे विआयनीकृत पानी की बड़ी मात्रा से धोना है।

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. गीले रासायनिक सफाई:

गीले रासायनिक सफाई में मुख्य रूप से घोल में डुबोकर सफाई करना, यांत्रिक स्क्रबिंग, अल्ट्रासोनिक सफाई, मेगासोनिक सफाई, रोटरी स्प्रेइंग आदि शामिल हैं।

 

2. विलयन में डुबोना:

सॉल्यूशन इमर्शन एक ऐसी विधि है जिसमें वेफर को रासायनिक घोल में डुबोकर सतह पर मौजूद संदूषण को हटाया जाता है। यह वेट केमिकल क्लीनिंग में सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि है। वेफर की सतह पर मौजूद विभिन्न प्रकार के संदूषकों को हटाने के लिए अलग-अलग घोलों का उपयोग किया जा सकता है।

आमतौर पर, यह विधि वेफर की सतह पर मौजूद अशुद्धियों को पूरी तरह से दूर नहीं कर पाती है, इसलिए डुबोने के दौरान अक्सर हीटिंग, अल्ट्रासाउंड और हिलाने जैसे भौतिक उपायों का उपयोग किया जाता है।

 

3. यांत्रिक सफाई:

वेफर की सतह पर मौजूद कणों या कार्बनिक अवशेषों को हटाने के लिए अक्सर यांत्रिक स्क्रबिंग का उपयोग किया जाता है। इसे सामान्यतः दो विधियों में विभाजित किया जा सकता है:हाथ से रगड़कर और वाइपर से रगड़कर सफाई करना.

हाथ से सफाई करनायह सबसे सरल सफाई विधि है। स्टेनलेस स्टील के ब्रश का उपयोग निर्जल इथेनॉल या अन्य कार्बनिक विलायकों में भिगोई हुई गेंद को पकड़ने के लिए किया जाता है और मोम की परत, धूल, गोंद के अवशेष या अन्य ठोस कणों को हटाने के लिए वेफर की सतह को एक ही दिशा में धीरे से रगड़ा जाता है। इस विधि से खरोंच लगने और गंभीर प्रदूषण होने की संभावना रहती है।

यह वाइपर वेफर की सतह को मुलायम ऊनी ब्रश या मिश्रित ब्रश से रगड़ने के लिए यांत्रिक घूर्णन का उपयोग करता है। यह विधि वेफर पर खरोंचों को काफी हद तक कम कर देती है। उच्च दबाव वाला वाइपर यांत्रिक घर्षण की कमी के कारण वेफर को खरोंच नहीं करता है और खांचे में मौजूद गंदगी को हटा सकता है।

 

4. अल्ट्रासोनिक सफाई:

अल्ट्रासोनिक सफाई अर्धचालक उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सफाई विधि है। इसके लाभ हैं अच्छा सफाई प्रभाव, सरल संचालन, और यह जटिल उपकरणों और कंटेनरों को भी साफ कर सकती है।

यह सफाई विधि तीव्र अल्ट्रासोनिक तरंगों (आमतौर पर इस्तेमाल होने वाली अल्ट्रासोनिक आवृत्ति 20-40 किलोहर्ट्ज़) के प्रभाव में की जाती है, जिससे तरल माध्यम के भीतर विरल और सघन भाग उत्पन्न होते हैं। विरल भाग लगभग निर्वातनुमा गुहा बुलबुला बनाते हैं। जब गुहा बुलबुला गायब हो जाता है, तो उसके पास तीव्र स्थानीय दबाव उत्पन्न होता है, जिससे अणुओं के रासायनिक बंध टूट जाते हैं और वेफर की सतह पर मौजूद अशुद्धियाँ घुल जाती हैं। अल्ट्रासोनिक सफाई अघुलनशील या घुलनशील फ्लक्स अवशेषों को हटाने में सबसे प्रभावी है।

 

5. मेगासोनिक सफाई:

मेगासोनिक सफाई में न केवल अल्ट्रासोनिक सफाई के फायदे हैं, बल्कि यह उसकी कमियों को भी दूर करती है।

मेगासोनिक सफाई एक ऐसी विधि है जिसमें उच्च ऊर्जा (850 किलोहर्ट्ज़) आवृत्ति कंपन प्रभाव को रासायनिक सफाई एजेंटों की रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ मिलाकर वेफर्स को साफ किया जाता है। सफाई के दौरान, मेगासोनिक तरंग द्वारा विलयन के अणुओं को त्वरित किया जाता है (अधिकतम तात्कालिक गति 30 सेमी-वेग प्रति सेकंड तक पहुंच सकती है), और उच्च गति वाली द्रव तरंग लगातार वेफर की सतह पर टकराती है, जिससे वेफर की सतह पर चिपके प्रदूषक और महीन कण बलपूर्वक हट जाते हैं और सफाई विलयन में प्रवेश कर जाते हैं। सफाई विलयन में अम्लीय सर्फेक्टेंट मिलाने से, एक ओर तो सर्फेक्टेंट के अधिशोषण के माध्यम से पॉलिशिंग सतह पर मौजूद कणों और कार्बनिक पदार्थों को हटाने का उद्देश्य प्राप्त होता है; दूसरी ओर, सर्फेक्टेंट और अम्लीय वातावरण के संयोजन से पॉलिशिंग शीट की सतह पर मौजूद धातु संदूषण को हटाने का उद्देश्य भी प्राप्त होता है। यह विधि एक साथ यांत्रिक पोंछने और रासायनिक सफाई दोनों का कार्य कर सकती है।

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

 

6. रोटरी स्प्रे विधि:

रोटरी स्प्रे विधि एक ऐसी विधि है जिसमें वेफर को उच्च गति से घुमाने के लिए यांत्रिक विधियों का उपयोग किया जाता है, और घुमाव प्रक्रिया के दौरान वेफर की सतह पर लगातार तरल (उच्च शुद्धता वाला विआयनीकृत पानी या अन्य सफाई तरल) का छिड़काव किया जाता है ताकि वेफर की सतह पर मौजूद अशुद्धियों को हटाया जा सके।

इस विधि में वेफर की सतह पर मौजूद संदूषण को छिड़के गए तरल में घोलने (या रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करके घोलने) का उपयोग किया जाता है, और उच्च गति के घूर्णन के अपकेंद्री प्रभाव का उपयोग करके अशुद्धियों वाले तरल को समय के साथ वेफर की सतह से अलग किया जाता है।

रोटरी स्प्रे विधि में रासायनिक सफाई, द्रव यांत्रिकी सफाई और उच्च दबाव स्क्रबिंग के लाभ हैं। साथ ही, 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 स्प्रे गैस का उपयोग किया जाता है। साथ ही, अपकेंद्री बल को बढ़ाने के लिए घूर्णन गति को बढ़ाया जा सकता है ताकि वेफर की सतह को तेजी से निर्जलित किया जा सके।

 

7.शुष्क रासायनिक सफाई

ड्राई क्लीनिंग से तात्पर्य ऐसी सफाई तकनीक से है जिसमें किसी भी घोल का उपयोग नहीं किया जाता है।

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

ड्राई क्लीनिंग के फायदे यह हैं कि इसकी प्रक्रिया सरल है और इससे पर्यावरण प्रदूषण नहीं होता है, लेकिन इसकी लागत अधिक है और फिलहाल इसका उपयोग सीमित दायरे में होता है।

 

1. प्लाज्मा सफाई तकनीक:

फोटोरेसिस्ट हटाने की प्रक्रिया में अक्सर प्लाज्मा सफाई का उपयोग किया जाता है। प्लाज्मा प्रतिक्रिया प्रणाली में थोड़ी मात्रा में ऑक्सीजन डाली जाती है। प्रबल विद्युत क्षेत्र के प्रभाव से ऑक्सीजन प्लाज्मा उत्पन्न करती है, जो फोटोरेसिस्ट को तेजी से वाष्पशील गैसीय अवस्था में ऑक्सीकृत कर देती है और उसे निकाल लिया जाता है।

इस सफाई तकनीक के कई फायदे हैं, जैसे कि संचालन में आसानी, उच्च दक्षता, साफ सतह, खरोंच रहित सतह, और यह डीगमिंग प्रक्रिया में उत्पाद की गुणवत्ता सुनिश्चित करने में सहायक है। इसके अलावा, इसमें अम्ल, क्षार और कार्बनिक विलायकों का उपयोग नहीं होता है, और अपशिष्ट निपटान और पर्यावरण प्रदूषण जैसी समस्याएं भी नहीं होती हैं। इसलिए, यह तकनीक लोगों के बीच तेजी से लोकप्रिय हो रही है। हालांकि, यह कार्बन और अन्य अवाष्पशील धातु या धातु ऑक्साइड अशुद्धियों को दूर नहीं कर सकती है।

 

2. गैस चरण सफाई प्रौद्योगिकी:

गैस चरण सफाई से तात्पर्य एक ऐसी सफाई विधि से है जिसमें तरल प्रक्रिया में संबंधित पदार्थ के गैसीय अवस्था समतुल्य का उपयोग वेफर की सतह पर दूषित पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करने के लिए किया जाता है ताकि अशुद्धियों को दूर करने का उद्देश्य प्राप्त किया जा सके।

उदाहरण के लिए, CMOS प्रक्रिया में, वेफर की सफाई के लिए गैसीय अवस्था में मौजूद हेवी गैस और जल वाष्प की परस्पर क्रिया का उपयोग करके ऑक्साइड को हटाया जाता है। आमतौर पर, जल युक्त हेवी गैस प्रक्रिया के साथ कण निष्कासन प्रक्रिया भी आवश्यक होती है, जबकि गैसीय अवस्था में हेवी गैस सफाई तकनीक के उपयोग में बाद में कण निष्कासन प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं होती है।

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

 

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