半導体製造には、いくつかの有機物質と無機物質が必要です。さらに、このプロセスは常にクリーンルームで人間の関与のもとで行われるため、半導体製造はウェハーそれらは必然的に様々な不純物によって汚染される。
汚染物質の発生源と性質に応じて、大まかに粒子、有機物、金属イオン、酸化物の4つのカテゴリーに分類できる。
1. 粒子：
粒子は主にポリマー、フォトレジスト、エッチング不純物などである。
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ープロセスの幾何学的形状や電気的特性の形成に影響を与える。
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。ウェハー物理的または化学的な方法によって。
2. 有機物：
有機不純物の発生源は比較的多岐にわたり、例えば、人間の皮脂、細菌、機械油、真空グリース、フォトレジスト、洗浄溶剤などが挙げられる。
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るため、ウェーハ表面の洗浄が不完全になる。
こうした汚染物質の除去は、洗浄工程の最初の段階で行われることが多く、主に硫酸や過酸化水素などの化学的方法が用いられる。
3. 金属イオン：
一般的な金属不純物には、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、リチウムなどがある。主な発生源は、各種器具、配管、化学試薬、および加工中に金属同士が接合する際に生じる金属汚染物質である。
この種の不純物は、金属イオン錯体の形成を介した化学的方法によって除去されることが多い。
4. 酸化物：
半導体の場合ウェハー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工程を阻害するだけでなく、特定の金属不純物も含有します。また、特定の条件下では電気的欠陥を形成することもあります。
この酸化膜の除去は、希フッ化水素酸に浸漬することによって行われることが多い。
一般的な清掃手順
半導体表面に吸着した不純物ウェハー分子、イオン、原子の3種類に分類できる。
中でも、分子状不純物とウェーハ表面との吸着力は弱く、このタイプの不純物粒子は比較的容易に除去できます。これらは主に疎水性の油状不純物であり、半導体ウェーハ表面を汚染するイオン性および原子性不純物を覆い隠す役割を果たし、これらの不純物の除去を阻害します。したがって、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ウェハー洗浄プロセスは以下のとおりです。
脱分子化－脱イオン化－脱原子化－脱イオン水によるすすぎ。
さらに、ウェーハ表面の自然酸化膜を除去するためには、希釈アミノ酸溶液に浸漬する工程を追加する必要がある。したがって、洗浄の基本的な考え方は、まず表面の有機汚染物質を除去し、次に酸化膜を溶解し、最後に粒子や金属汚染物質を除去すると同時に表面を不動態化することである。
一般的な清掃方法
半導体ウェハーの洗浄には、化学的手法がよく用いられる。
化学洗浄とは、様々な化学試薬や有機溶剤を用いてウェーハ表面の不純物や油汚れを反応または溶解させ、不純物を除去した後、大量の高純度温水および冷水脱イオン水で洗浄することにより、清浄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るが、その中でも湿式化学洗浄が依然として主流である。
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、機械的洗浄、超音波洗浄、メガソニック洗浄、回転噴霧などが含まれます。
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の汚染物質を除去する方法です。これは、湿式化学洗浄において最も一般的に用いられる方法です。ウェーハ表面の様々な種類の汚染物質を除去するために、異なる溶液が使用されます。
通常、この方法ではウェーハ表面の不純物を完全に除去することはできないため、浸漬中に加熱、超音波処理、攪拌などの物理的な手段がよく用いられる。
3. 機械洗浄：
機械的洗浄は、ウェーハ表面の粒子や有機残留物を除去するためによく用いられる。これは一般的に2つの方法に分けられる。手作業によるこすり洗いとワイパーによるこすり洗い.
手作業によるこすり洗い最も簡単な洗浄方法は、無水エタノールなどの有機溶剤に浸したボールをステンレス製のブラシで持ち、ウェハの表面を同じ方向に優しくこすって、ワックス膜、ほこり、残留接着剤、その他の固形物を取り除く方法です。ただし、この方法は傷がつきやすく、深刻な汚染を引き起こす可能性があります。
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、機械的な摩擦がないためウェーハに傷をつけず、溝内の汚染物質を除去することができます。
4. 超音波洗浄：
超音波洗浄は、半導体業界で広く用いられている洗浄方法です。洗浄効果が高く、操作が簡単で、複雑な形状のデバイス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）の作用を利用し、液体媒体内部に疎な部分と密な部分を生成します。疎な部分はほぼ真空状態の空洞気泡を形成します。空洞気泡が消滅すると、その近傍に強い局所圧力が発生し、分子間の化学結合が切断されて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渣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る。
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たウェーハ洗浄法です。洗浄中、溶液分子はメガソニック波（最大瞬間速度は30cm/秒に達する）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、洗浄液中に放出されます。洗浄液に酸性界面活性剤を添加することで、界面活性剤の吸着により研磨面上の粒子や有機物を除去すると同時に、界面活性剤と酸性環境の相乗効果により研磨シート表面の金属汚染物質を除去することができます。この方法は、機械的拭き取りと化学洗浄の両方の効果を同時に発揮します。
現在、メガソニック洗浄法は研磨シートの洗浄に効果的な方法となっている。
6. 回転式噴霧方式：
回転噴霧法は、機械的な方法を用いてウェーハを高速回転させ、回転中にウェーハ表面に液体（高純度脱イオン水またはその他の洗浄液）を連続的に噴霧することで、ウェーハ表面の不純物を除去する方法である。
この方法は、ウェーハ表面の汚染物質を噴霧された液体に溶解させる（または化学反応させて溶解させる）とともに、高速回転による遠心効果を利用して、不純物を含む液体をウェーハ表面から速やかに分離させる。
回転式スプレー洗浄法は、化学洗浄、流体力学的洗浄、高圧洗浄の利点を兼ね備えています。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す。脱イオン水スプレー洗浄を一定時間行った後、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.ドライケミカルクリーニング
ドライクリーニングとは、溶液を使用しない洗浄技術のことです。
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の利点は、工程が簡単で環境汚染がないことであるが、コストが高く、現時点では利用範囲が広くない。
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る手法です。少量の酸素をプラズマ反応系に導入すると、強い電界の作用によって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のガス状態にし、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という利点があり、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、ますます高く評価されています。ただし、炭素やその他の非揮発性金属または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、液体プロセスにおける対応する物質の気相相当物を用いて、ウェーハ表面の汚染物質と相互作用させ、不純物を除去することを目的とする洗浄方法を指す。
例えば、CMOSプロセスでは、ウェーハ洗浄において、気相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プロセスでは粒子除去プロセスが必要となりますが、気相HF洗浄技術を用いる場合は、後続の粒子除去プロセスは不要です。
水系HFプロセスと比較した場合の最も重要な利点は、HF薬品の消費量がはるかに少なく、洗浄効率が高いことである。
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投稿日時：2024年8月13日