半導体製造には、有機物と無機物が必要です。さらに、プロセスは常にクリーンルーム内で人の手によって行われるため、半導体はウエハースさまざまな不純物が混入してしまうのは避けられません。
汚染物質は、その発生源や性質に応じて、粒子、有機物、金属イオン、酸化物の 4 つのカテゴリに大別されます。
1. 粒子：
粒子は主にポリマー、フォトレジスト、エッチング不純物です。
このような汚染物質は通常、分子間力を利用してウェーハの表面に吸着し、デバイスのフォトリソグラフィ プロセスの幾何学的図形の形成や電気的パラメータに影響を及ぼします。
このような汚染物質は、主に表面との接触面積を徐々に減らすことによって除去されます。ウエハース物理的または化学的な方法により。
2. 有機物：
有機不純物の発生源は、人間の皮脂、細菌、機械油、真空グリース、フォトレジスト、洗浄溶剤など、比較的広範囲にわたります。
このような汚染物質は通常、ウェーハの表面に有機膜を形成し、洗浄液がウェーハの表面に到達するのを妨げ、その結果ウェーハ表面の洗浄が不完全になります。
このような汚染物質の除去は、主に硫酸や過酸化水素などの化学的方法を使用して、洗浄プロセスの最初のステップで実行されることがよくあります。
3. 金属イオン：
一般的な金属不純物としては、鉄、銅、アルミニウム、クロム、鋳鉄、チタン、ナトリウム、カリウム、リチウムなどが挙げられます。主な発生源は、さまざまな器具、パイプ、化学試薬、および加工中に金属相互接続が形成されるときに生成される金属汚染です。
このタイプの不純物は、多くの場合、金属イオン錯体の形成による化学的方法によって除去されます。
4. 酸化物:
半導体の場合ウエハース酸素と水を含む環境にさらされると、表面に自然酸化膜が形成されます。この酸化膜は半導体製造における多くのプロセスを阻害するだけでなく、特定の金属不純物も含みます。特定の条件下では、電気的欠陥を形成する可能性があります。
この酸化膜の除去は、希フッ化水素酸に浸漬することで完了することがよくあります。
一般的な清掃手順
半導体表面に吸着した不純物ウエハース分子、イオン、原子の3つのタイプに分けられます。
分子状不純物は、ウェーハ表面との吸着力が弱く、比較的除去しやすい不純物粒子です。これらは主に疎水性を持つ油性不純物であり、半導体ウェーハ表面を汚染するイオン性不純物や原子性不純物を覆い隠してしまうため、これら2種類の不純物の除去には不向きです。そのため、半導体ウェーハを化学洗浄する際には、まず分子状不純物を除去する必要があります。
したがって、半導体の一般的な手順はウエハース洗浄プロセスは次のとおりです。
脱分子化-脱イオン化-脱霧化-脱イオン水洗浄。
さらに、ウェーハ表面の自然酸化膜を除去するために、希薄アミノ酸浸漬工程を追加する必要があります。したがって、洗浄の考え方は、まず表面の有機汚染を除去し、次に酸化膜を溶解し、最後にパーティクルや金属汚染を除去し、同時に表面を不動態化するというものです。
一般的な清掃方法
半導体ウェハの洗浄には化学的方法がよく使用されます。
化学洗浄とは、さまざまな化学試薬と有機溶剤を使用して、ウェハの表面の不純物や油汚れを反応または溶解して不純物を脱着し、その後、大量の高純度の温水と冷水の脱イオン水で洗い流してきれいな表面を得るプロセスを指します。
化学洗浄は湿式化学洗浄と乾式化学洗浄に分けられますが、その中で湿式化学洗浄が依然として主流です。
湿式化学洗浄
1. 湿式化学洗浄：
湿式化学洗浄には、主に溶液浸漬、機械洗浄、超音波洗浄、メガソニック洗浄、回転スプレーなどが含まれます。
2. 溶液浸漬：
溶液浸漬法は、ウェーハを化学溶液に浸漬することで表面汚染を除去する方法です。ウェットケミカル洗浄において最も一般的に用いられる方法です。ウェーハ表面の汚染物質の種類に応じて、様々な溶液を使用できます。
通常、この方法ではウェハ表面の不純物を完全に除去することはできないため、浸漬時に加熱、超音波、撹拌などの物理的な手段が用いられることが多いです。
3. 機械的洗浄：
機械洗浄は、ウェーハ表面のパーティクルや有機残留物を除去するためによく使用されます。一般的に、以下の2つの方法に分けられます。手作業による洗浄とワイパーによる洗浄.
手作業による洗浄最もシンプルなスクラブ法です。ステンレス製のブラシに無水エタノールなどの有機溶剤を浸したボールを当て、ウェハの表面を同じ方向に軽くこすり、ワックス膜、埃、残留接着剤、その他の固形粒子を除去します。この方法は傷や深刻な汚染を引き起こしやすいため、注意が必要です。
ワイパーは、機械的な回転を利用して、柔らかいウールブラシまたは混合ブラシでウェーハ表面をこすります。この方法により、ウェーハの傷が大幅に軽減されます。高圧ワイパーは機械的摩擦がないためウェーハに傷をつけず、溝の汚れも除去できます。
4.超音波洗浄：
超音波洗浄は半導体業界で広く使用されている洗浄方法です。洗浄効果が高く、操作が簡単で、複雑な装置や容器も洗浄できるという利点があります。
この洗浄方法は、強力な超音波（一般的に使用される超音波周波数は20～40kHz）の作用下で、液体媒体内に疎部と密部を生成します。疎部はほぼ真空状態の空洞気泡を生成します。空洞気泡が消滅すると、その近傍に強力な局所圧力が発生し、分子間の化学結合が破壊され、ウェーハ表面の不純物が溶解します。超音波洗浄は、不溶性または不溶性のフラックス残留物の除去に最も効果的です。
5. メガソニック洗浄：
メガソニック洗浄は超音波洗浄の利点を備えているだけでなく、その欠点も克服しています。
メガソニック洗浄は、高エネルギー（850kHz）の周波数振動効果と化学洗浄剤の化学反応を組み合わせてウェーハを洗浄する方法です。洗浄中、溶液分子はメガソニック波（最大瞬間速度は30cmVsに達する）によって加速され、高速流体波がウェーハ表面に連続的に衝突することで、ウェーハ表面に付着した汚染物質や微粒子が強制的に除去され、洗浄液に入ります。酸性界面活性剤を洗浄液に添加することで、界面活性剤の吸着作用により研磨面のパーティクルや有機物を除去する目的を達成できます。また、界面活性剤と酸性環境の融合により、研磨シート表面の金属汚染を除去する目的も達成できます。この方法は、機械拭きと化学洗浄の役割を同時に果たすことができます。
現在では、メガソニック洗浄法が研磨シートの洗浄に有効な方法となっている。
6. ロータリースプレー方式：
ロータリースプレー方式とは、機械的な方法を用いてウェハを高速回転させ、回転中にウェハの表面に液体（高純度の脱イオン水などの洗浄液）を連続的にスプレーし、ウェハ表面の不純物を除去する方式です。
この方法は、ウェーハ表面の汚染物質を噴霧した液体に溶解（または化学反応して溶解）させ、高速回転による遠心効果を利用して不純物を含んだ液体を時間内にウェーハ表面から分離させる方法です。
回転スプレー法は、化学洗浄、流体機械洗浄、高圧スクラビングといった利点を有しています。同時に、この方法は乾燥工程と組み合わせることも可能で、脱イオン水によるスプレー洗浄を一定時間行った後、水スプレーを停止し、スプレーガスを使用します。同時に、回転速度を上げて遠心力を高め、ウェーハ表面を迅速に脱水することができます。
7.ドライケミカル洗浄
ドライクリーニングとは、溶液を使用しないクリーニング技術を指します。
現在使用されているドライクリーニング技術には、プラズマクリーニング技術、気相クリーニング技術、ビームクリーニング技術などがあります。
ドライクリーニングは工程が簡単で環境汚染がないという利点があるが、コストが高く、今のところ利用範囲は広くない。
1. プラズマ洗浄技術：
プラズマ洗浄はフォトレジスト除去プロセスでよく用いられます。少量の酸素をプラズマ反応系に導入すると、強力な電界の作用で酸素がプラズマを生成し、フォトレジストを急速に酸化して揮発性ガス状態にし、除去します。
この洗浄技術は、操作が簡単で効率が高く、表面がきれいで傷がつかないなどの利点があり、脱ガム工程における製品品質の確保に役立ちます。さらに、酸、アルカリ、有機溶剤を使用しないため、廃棄物処理や環境汚染などの問題もありません。そのため、人々からますます評価が高まっています。ただし、炭素などの不揮発性金属や金属酸化物不純物を除去することはできません。
2. 気相洗浄技術：
気相洗浄とは、液体プロセス中の対応する物質の気相相当物を使用して、ウェーハ表面の汚染物質と相互作用し、不純物を除去する目的を達成する洗浄方法を指します。
例えば、CMOSプロセスでは、ウェーハ洗浄において、ガス相HFと水蒸気の相互作用を利用して酸化物を除去します。通常、水を含むHF処理にはパーティクル除去プロセスが必須ですが、ガス相HF洗浄技術では、後続のパーティクル除去プロセスは不要です。
水性 HF プロセスと比較した最も重要な利点は、HF 化学物質の消費量が大幅に少なく、洗浄効率が高いことです。
世界中のお客様を歓迎し、さらなる話し合いの場を設けます!
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
投稿日時: 2024年8月13日