सेमीकंडक्टर वेफर दूषित होण्याची कारणे आणि स्वच्छता

सेमीकंडक्टर निर्मितीमध्ये काही सेंद्रिय आणि असेंद्रिय पदार्थांची आवश्यकता असते. याव्यतिरिक्त, ही प्रक्रिया नेहमी मानवी सहभागाने स्वच्छ खोलीत (क्लीन रूम) पार पाडली जात असल्यामुळे, सेमीकंडक्टरवेफर्सविविध अशुद्धींनी अपरिहार्यपणे दूषित होतात.

प्रदूषकांच्या स्रोत आणि स्वरूपानुसार, त्यांची ढोबळमानाने चार श्रेणींमध्ये विभागणी करता येते: कण, सेंद्रिय पदार्थ, धातूंचे आयन आणि ऑक्साईड.

 

१. कण:

कणांमध्ये प्रामुख्याने काही पॉलिमर, फोटोरेझिस्ट आणि एचिंगमधील अशुद्ध घटक असतात.

असे दूषित घटक सहसा आंतररेणवीय बलांवर अवलंबून वेफरच्या पृष्ठभागावर शोषले जातात, ज्यामुळे डिव्हाइसच्या फोटोलिथोग्राफी प्रक्रियेतील भौमितिक आकृत्यांची निर्मिती आणि विद्युत मापदंडांवर परिणाम होतो.

अशा दूषित घटकांना पृष्ठभागाशी असलेला त्यांचा संपर्क क्षेत्र हळूहळू कमी करून प्रामुख्याने काढून टाकले जाते.वेफरभौतिक किंवा रासायनिक पद्धतींद्वारे.

 

२. सेंद्रिय पदार्थ:

सेंद्रिय अशुद्धींचे स्रोत बरेच आहेत, जसे की मानवी त्वचेचे तेल, जीवाणू, मशीनचे तेल, व्हॅक्यूम ग्रीस, फोटोरेझिस्ट, साफसफाईची द्रावके इत्यादी.

असे दूषित घटक सहसा वेफरच्या पृष्ठभागावर एक सेंद्रिय थर तयार करतात, ज्यामुळे स्वच्छतेचे द्रव वेफरच्या पृष्ठभागापर्यंत पोहोचू शकत नाही आणि परिणामी वेफरच्या पृष्ठभागाची स्वच्छता अपूर्ण राहते.

अशा दूषित घटकांना काढून टाकण्याचे काम बहुतेकदा स्वच्छता प्रक्रियेच्या पहिल्या टप्प्यात, प्रामुख्याने सल्फ्यूरिक ऍसिड आणि हायड्रोजन पेरॉक्साइड यांसारख्या रासायनिक पद्धती वापरून केले जाते.

 

३. धातू आयन:

सामान्य धातूंच्या अशुद्धतेमध्ये लोह, तांबे, ॲल्युमिनियम, क्रोमियम, कास्ट आयर्न, टायटॅनियम, सोडियम, पोटॅशियम, लिथियम इत्यादींचा समावेश होतो. विविध भांडी, पाईप्स, रासायनिक अभिकर्मक आणि प्रक्रियेदरम्यान धातूंची जोडणी करताना निर्माण होणारे धातूंचे प्रदूषण हे याचे मुख्य स्रोत आहेत.

या प्रकारची अशुद्धता अनेकदा धातू आयन संकुलांच्या निर्मितीद्वारे रासायनिक पद्धतींनी काढून टाकली जाते.

 

४. ऑक्साईड:

जेव्हा सेमीकंडक्टरवेफर्सजेव्हा ऑक्सिजन आणि पाणी असलेल्या वातावरणाच्या संपर्कात येतात, तेव्हा पृष्ठभागावर एक नैसर्गिक ऑक्साईडचा थर तयार होतो. हा ऑक्साईड थर सेमीकंडक्टर निर्मितीमधील अनेक प्रक्रियांमध्ये अडथळा आणतो आणि त्यात काही धातूंच्या अशुद्धीही असतात. विशिष्ट परिस्थितीत, त्यामुळे विद्युत दोष निर्माण होतात.

हा ऑक्साईड थर काढून टाकण्याची प्रक्रिया अनेकदा सौम्य हायड्रोफ्लोरिक आम्लामध्ये भिजवून पूर्ण केली जाते.

 

सामान्य साफसफाई क्रम

अर्धसंवाहकाच्या पृष्ठभागावर शोषलेल्या अशुद्धीवेफर्सआण्विक, आयनिक आणि अणु या तीन प्रकारांमध्ये विभागणी करता येते.

त्यांपैकी, आण्विक अशुद्धी आणि वेफरच्या पृष्ठभागामधील अधिशोषण शक्ती कमकुवत असते, आणि या प्रकारचे अशुद्धीचे कण काढणे तुलनेने सोपे असते. त्या बहुतेक करून जलविरोधी गुणधर्म असलेल्या तेलकट अशुद्धी असतात, ज्या सेमीकंडक्टर वेफरच्या पृष्ठभागाला दूषित करणाऱ्या आयनिक आणि आण्विक अशुद्धींसाठी एक आवरण (मास्किंग) तयार करू शकतात, जे या दोन प्रकारच्या अशुद्धींना काढून टाकण्यासाठी अनुकूल नसते. म्हणून, सेमीकंडक्टर वेफरची रासायनिक स्वच्छता करताना, सर्वप्रथम आण्विक अशुद्धी काढून टाकल्या पाहिजेत.

म्हणून, सेमीकंडक्टरची सामान्य प्रक्रियावेफरसाफसफाईची प्रक्रिया आहे:

डी-मॉलिक्युलरायझेशन-डीआयनायझेशन-डी-अ‍ॅटोमायझेशन-डीआयनाइज्ड वॉटर रिन्सिंग.

याव्यतिरिक्त, वेफरच्या पृष्ठभागावरील नैसर्गिक ऑक्साईडचा थर काढून टाकण्यासाठी, सौम्य अमिनो ॲसिडमध्ये भिजवण्याची प्रक्रिया समाविष्ट करणे आवश्यक आहे. त्यामुळे, स्वच्छतेमागील उद्देश असा आहे की, प्रथम पृष्ठभागावरील सेंद्रिय अशुद्धता काढून टाकावी; नंतर ऑक्साईडचा थर विरघळवावा; आणि शेवटी कण व धातूंची अशुद्धता काढून टाकावी, आणि त्याच वेळी पृष्ठभागाचे पॅसिव्हेशन करावे.

 

सामान्य साफसफाई पद्धती

सेमीकंडक्टर वेफर्स स्वच्छ करण्यासाठी अनेकदा रासायनिक पद्धती वापरल्या जातात.

रासायनिक स्वच्छता म्हणजे वेफरच्या पृष्ठभागावरील अशुद्धी आणि तेलाचे डाग यांच्यावर विविध रासायनिक अभिकर्मक आणि सेंद्रिय द्रावकांचा वापर करून अभिक्रिया घडवून आणणे किंवा ते विरघळवणे, अशुद्धींना मुक्त करणे, आणि नंतर स्वच्छ पृष्ठभाग मिळवण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात उच्च-शुद्धतेच्या गरम आणि थंड निर्आयनीकृत पाण्याने धुणे, या प्रक्रियेला म्हणतात.

रासायनिक स्वच्छतेचे ओले रासायनिक स्वच्छता आणि कोरडी रासायनिक स्वच्छता असे वर्गीकरण करता येते, त्यापैकी ओल्या रासायनिक स्वच्छतेचेच प्राबल्य आहे.

 

ओल्या रासायनिक स्वच्छते

 

१. ओल्या रासायनिक पद्धतीने स्वच्छता:

ओल्या रासायनिक स्वच्छतेमध्ये प्रामुख्याने द्रावणात बुडवून धुणे, यांत्रिक घासणी, अल्ट्रासोनिक स्वच्छता, मेगासोनिक स्वच्छता, रोटरी फवारणी इत्यादींचा समावेश होतो.

 

२. द्रावणात बुडवणे:

सोल्युशन इमर्शन ही वेफरला रासायनिक द्रावणात बुडवून पृष्ठभागावरील अशुद्धता काढून टाकण्याची एक पद्धत आहे. वेट केमिकल क्लीनिंगमध्ये ही सर्वात जास्त वापरली जाणारी पद्धत आहे. वेफरच्या पृष्ठभागावरील विविध प्रकारचे अशुद्ध घटक काढून टाकण्यासाठी वेगवेगळी द्रावणे वापरली जाऊ शकतात.

सामान्यतः, या पद्धतीद्वारे वेफरच्या पृष्ठभागावरील अशुद्धी पूर्णपणे काढता येत नाही, त्यामुळे बुडवताना अनेकदा उष्णता देणे, अल्ट्रासाऊंड आणि ढवळणे यांसारख्या भौतिक उपाययोजना वापरल्या जातात.

 

३. यांत्रिक घासणी:

वेफरच्या पृष्ठभागावरील कण किंवा सेंद्रिय अवशेष काढून टाकण्यासाठी यांत्रिक स्क्रबिंगचा वापर अनेकदा केला जातो. याचे सामान्यतः दोन पद्धतींमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते:हाताने घासणे आणि वायपरने घासणे.

हाताने घासणेही सर्वात सोपी घासण्याची पद्धत आहे. निर्जल इथेनॉल किंवा इतर सेंद्रिय द्रावकांमध्ये भिजवलेला गोळा स्टेनलेस स्टीलच्या ब्रशमध्ये धरून, मेणाचा थर, धूळ, शिल्लक राहिलेला गोंद किंवा इतर घन कण काढून टाकण्यासाठी वेफरच्या पृष्ठभागावर एकाच दिशेने हळुवारपणे घासले जाते. या पद्धतीमुळे ओरखडे पडण्याची आणि गंभीर प्रदूषण होण्याची शक्यता असते.

वायपर, यांत्रिक फिरण्याच्या साहाय्याने मऊ लोकरीच्या ब्रशने किंवा मिश्र ब्रशने वेफरचा पृष्ठभाग घासतो. या पद्धतीमुळे वेफरवरील ओरखडे मोठ्या प्रमाणात कमी होतात. उच्च-दाबाचा वायपर यांत्रिक घर्षणाच्या अभावामुळे वेफरला ओरखडा पाडत नाही आणि खाचेतील घाण काढून टाकू शकतो.

 

४. अल्ट्रासोनिक स्वच्छता:

अल्ट्रासोनिक क्लीनिंग ही सेमीकंडक्टर उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाणारी एक स्वच्छता पद्धत आहे. उत्तम स्वच्छता परिणाम, सोपी कार्यप्रणाली हे तिचे फायदे आहेत, तसेच याने गुंतागुंतीची उपकरणे आणि कंटेनरदेखील स्वच्छ करता येतात.

ही साफसफाईची पद्धत तीव्र अल्ट्रासोनिक लहरींच्या प्रभावाखाली केली जाते (सामान्यतः वापरली जाणारी अल्ट्रासोनिक वारंवारता २०-४० kHz असते), आणि द्रव माध्यमामध्ये विरळ व दाट भाग तयार होतात. या विरळ भागामुळे जवळजवळ निर्वात पोकळीसारखा बुडबुडा तयार होतो. जेव्हा हा पोकळीसारखा बुडबुडा नाहीसा होतो, तेव्हा त्याच्या जवळ तीव्र स्थानिक दाब निर्माण होतो, जो रेणूंमधील रासायनिक बंध तोडून वेफरच्या पृष्ठभागावरील अशुद्धी विरघळवतो. अविद्राव्य किंवा विरघळण्यास कठीण असलेले फ्लक्सचे अवशेष काढून टाकण्यासाठी अल्ट्रासोनिक साफसफाई सर्वात प्रभावी आहे.

 

५. मेगासॉनिक स्वच्छता:

मेगासॉनिक क्लीनिंगमध्ये अल्ट्रासॉनिक क्लीनिंगचे फायदे तर आहेतच, शिवाय ते त्याच्या उणिवांवरही मात करते.

मेगासॉनिक क्लीनिंग ही वेफर्स स्वच्छ करण्याची एक पद्धत आहे, ज्यामध्ये उच्च-ऊर्जा (८५०kHz) वारंवारतेच्या कंपनाचा प्रभाव रासायनिक स्वच्छता घटकांच्या रासायनिक अभिक्रियेसोबत एकत्रित केला जातो. स्वच्छतेदरम्यान, द्रावणातील रेणूंना मेगासॉनिक लहरीद्वारे (कमाल तात्कालिक वेग ३०cmVs पर्यंत पोहोचू शकतो) गती दिली जाते आणि ही उच्च-गतीची द्रव लहर वेफरच्या पृष्ठभागावर सतत आदळते, ज्यामुळे वेफरच्या पृष्ठभागाला चिकटलेले प्रदूषक आणि सूक्ष्म कण जबरदस्तीने काढून टाकले जातात आणि स्वच्छतेच्या द्रावणात प्रवेश करतात. स्वच्छतेच्या द्रावणात आम्लयुक्त सर्फॅक्टंट्स टाकल्याने, एकीकडे, सर्फॅक्टंट्सच्या अधिशोषणाद्वारे पॉलिशिंग पृष्ठभागावरील कण आणि सेंद्रिय पदार्थ काढून टाकण्याचा उद्देश साध्य होतो; तर दुसरीकडे, सर्फॅक्टंट्स आणि आम्लयुक्त वातावरणाच्या एकत्रीकरणाद्वारे, पॉलिशिंग शीटच्या पृष्ठभागावरील धातूंचे प्रदूषण काढून टाकण्याचा उद्देश साध्य होतो. ही पद्धत एकाच वेळी यांत्रिक पुसणे आणि रासायनिक स्वच्छता या दोन्ही भूमिका बजावू शकते.

सध्या, मेगासॉनिक स्वच्छता पद्धत ही पॉलिशिंग शीट्स स्वच्छ करण्यासाठी एक प्रभावी पद्धत बनली आहे.

 

६. रोटरी स्प्रे पद्धत:

रोटरी स्प्रे पद्धत ही एक अशी पद्धत आहे ज्यामध्ये यांत्रिक पद्धती वापरून वेफरला उच्च वेगाने फिरवले जाते आणि फिरवण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान वेफरच्या पृष्ठभागावरील अशुद्धी काढून टाकण्यासाठी त्यावर सतत द्रव (उच्च-शुद्धतेचे डीआयनाइज्ड पाणी किंवा इतर स्वच्छ करणारे द्रव) फवारले जाते.

या पद्धतीमध्ये, वेफरच्या पृष्ठभागावरील अशुद्ध घटक फवारलेल्या द्रवात विरघळवण्यासाठी (किंवा त्याच्याशी रासायनिक अभिक्रिया करून विरघळवण्यासाठी) वापरले जातात, आणि उच्च-गती रोटेशनच्या केंद्रापसारक प्रभावाचा उपयोग करून अशुद्ध घटक असलेला द्रव वेळेत वेफरच्या पृष्ठभागापासून वेगळा केला जातो.

रोटरी स्प्रे पद्धतीमध्ये रासायनिक स्वच्छता, द्रव यांत्रिकी स्वच्छता आणि उच्च-दाब स्क्रबिंगचे फायदे आहेत. त्याच वेळी, ही पद्धत वाळवण्याच्या प्रक्रियेसोबतही वापरली जाऊ शकते. काही काळ डीआयनाइज्ड पाण्याच्या फवारणीने स्वच्छता केल्यानंतर, पाण्याची फवारणी थांबवली जाते आणि स्प्रे गॅस वापरला जातो. त्याच वेळी, वेफरच्या पृष्ठभागावरील पाणी लवकर काढून टाकण्यासाठी केंद्रापसारक शक्ती वाढवण्याकरिता फिरण्याचा वेग वाढवता येतो.

 

7.कोरडी रासायनिक स्वच्छता

ड्राय क्लीनिंग म्हणजे अशी स्वच्छता पद्धत आहे, ज्यामध्ये कोणत्याही द्रावणांचा वापर केला जात नाही.

सध्या वापरल्या जाणाऱ्या ड्राय क्लीनिंग तंत्रज्ञानामध्ये प्लाझ्मा क्लीनिंग तंत्रज्ञान, गॅस फेज क्लीनिंग तंत्रज्ञान, बीम क्लीनिंग तंत्रज्ञान इत्यादींचा समावेश आहे.

ड्राय क्लीनिंगचे फायदे म्हणजे सोपी प्रक्रिया आणि पर्यावरणाचे प्रदूषण न होणे, परंतु ते खर्चिक आहे आणि सध्या तरी त्याच्या वापराची व्याप्ती मोठी नाही.

 

१. प्लाझ्मा स्वच्छता तंत्रज्ञान:

फोटोरेझिस्ट काढण्याच्या प्रक्रियेत प्लाझ्मा क्लीनिंगचा वापर अनेकदा केला जातो. प्लाझ्मा प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये थोड्या प्रमाणात ऑक्सिजन सोडला जातो. तीव्र विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली, ऑक्सिजन प्लाझ्मा निर्माण करतो, जो फोटोरेझिस्टचे वेगाने बाष्पशील वायू अवस्थेत ऑक्सिडीकरण करून त्याला बाहेर काढतो.

या स्वच्छता तंत्रज्ञानाचे फायदे म्हणजे ते वापरण्यास सोपे आहे, त्याची कार्यक्षमता उच्च आहे, पृष्ठभाग स्वच्छ राहतो आणि त्यावर ओरखडे पडत नाहीत. तसेच, डिगमिंग प्रक्रियेमध्ये उत्पादनाची गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यास ते उपयुक्त ठरते. शिवाय, यामध्ये आम्ल, अल्कली आणि सेंद्रिय द्रावकांचा वापर होत नाही, आणि कचरा विल्हेवाट व पर्यावरण प्रदूषणासारख्या समस्या उद्भवत नाहीत. त्यामुळे, लोकांमध्ये याला अधिकाधिक पसंती मिळत आहे. तथापि, या तंत्रज्ञानाद्वारे कार्बन आणि इतर बाष्परहित धातू किंवा धातू ऑक्साईडच्या अशुद्धी काढता येत नाहीत.

 

२. वायू अवस्थेतील शुद्धीकरण तंत्रज्ञान:

वायू अवस्था स्वच्छता म्हणजे एक अशी स्वच्छता पद्धत आहे, ज्यामध्ये अशुद्धी दूर करण्याच्या उद्देशाने, वेफरच्या पृष्ठभागावरील दूषित पदार्थांशी आंतरक्रिया करण्यासाठी द्रव प्रक्रियेतील संबंधित पदार्थाच्या वायू अवस्थेतील समतुल्याचा वापर केला जातो.

उदाहरणार्थ, CMOS प्रक्रियेमध्ये, वेफर स्वच्छ करण्यासाठी ऑक्साईड्स काढण्याकरिता वायू अवस्थेतील HF आणि पाण्याची वाफ यांच्यातील आंतरक्रियेचा वापर केला जातो. सामान्यतः, पाणी असलेल्या HF प्रक्रियेसोबत कण काढण्याची प्रक्रिया करणे आवश्यक असते, तर वायू अवस्थेतील HF स्वच्छता तंत्रज्ञानाच्या वापरामध्ये त्यानंतर कण काढण्याच्या प्रक्रियेची आवश्यकता नसते.

जलीय HF प्रक्रियेच्या तुलनेत सर्वात महत्त्वाचे फायदे म्हणजे HF रसायनाचा खूपच कमी वापर आणि उच्च स्वच्छता कार्यक्षमता.

 

पुढील चर्चेसाठी जगभरातील सर्व ग्राहकांचे आमच्याकडे स्वागत आहे!

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