แหล่งที่มาของการปนเปื้อนและการทำความสะอาดเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

สารอินทรีย์และอนินทรีย์บางชนิดจำเป็นต้องมีส่วนร่วมในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินการในห้องปลอดเชื้อที่มีมนุษย์มีส่วนร่วมเสมอ เซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์ย่อมต้องปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปนต่างๆ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

สามารถแบ่งสารปนเปื้อนออกได้คร่าวๆ เป็น 4 ประเภท คือ อนุภาค สารอินทรีย์ ไอออนของโลหะ และออกไซด์

 

1. อนุภาค:

อนุภาคส่วนใหญ่ประกอบด้วยพอลิเมอร์ สารโฟโตเรซิสต์ และสิ่งเจือปนที่กัดกร่อน

โดยทั่วไปสิ่งปนเปื้อนดังกล่าวจะอาศัยแรงระหว่างโมเลกุลเพื่อดูดซับบนพื้นผิวของเวเฟอร์ ซึ่งส่งผลต่อการก่อตัวของรูปทรงเรขาคณิตและพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของกระบวนการโฟโตลีโทกราฟีของอุปกรณ์

สารปนเปื้อนดังกล่าวจะถูกกำจัดออกโดยการลดพื้นที่สัมผัสกับพื้นผิวของสารปนเปื้อนทีละน้อยเวเฟอร์โดยวิธีทางกายภาพหรือเคมี

 

2. สารอินทรีย์:

แหล่งที่มาของสิ่งเจือปนอินทรีย์มีอยู่ค่อนข้างกว้าง เช่น น้ำมันผิวหนังของมนุษย์ แบคทีเรีย น้ำมันเครื่อง จารบีสูญญากาศ สารโฟโตเรซิสต์ ตัวทำละลายในการทำความสะอาด เป็นต้น

โดยทั่วไปสิ่งปนเปื้อนดังกล่าวจะก่อตัวเป็นฟิล์มอินทรีย์บนพื้นผิวของเวเฟอร์เพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวทำความสะอาดไปถึงพื้นผิวของเวเฟอร์ ส่งผลให้การทำความสะอาดพื้นผิวเวเฟอร์ไม่สมบูรณ์แบบ

การกำจัดสิ่งปนเปื้อนดังกล่าวมักจะดำเนินการในขั้นตอนแรกของกระบวนการทำความสะอาด โดยส่วนใหญ่จะใช้วิธีการทางเคมี เช่น กรดซัลฟิวริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

 

3. ไอออนโลหะ:

สิ่งเจือปนโลหะทั่วไป ได้แก่ เหล็ก ทองแดง อลูมิเนียม โครเมียม เหล็กหล่อ ไททาเนียม โซเดียม โพแทสเซียม ลิเธียม เป็นต้น แหล่งหลัก ได้แก่ ภาชนะ ท่อ สารเคมี และมลพิษจากโลหะที่เกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อโลหะระหว่างการแปรรูป

สิ่งเจือปนประเภทนี้มักจะถูกกำจัดออกด้วยวิธีการทางเคมีโดยการก่อตัวของสารเชิงซ้อนของไอออนโลหะ

 

4. ออกไซด์:

เมื่อเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์เมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนและน้ำ จะเกิดชั้นออกไซด์ตามธรรมชาติบนพื้นผิว ฟิล์มออกไซด์นี้จะขัดขวางกระบวนการต่างๆ มากมายในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และยังมีสิ่งเจือปนโลหะบางชนิดอีกด้วย ภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง จะก่อให้เกิดข้อบกพร่องทางไฟฟ้า

การกำจัดฟิล์มออกไซด์นี้มักจะเสร็จสมบูรณ์โดยการแช่ในกรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง

 

ลำดับการทำความสะอาดทั่วไป

สิ่งเจือปนที่ดูดซับบนพื้นผิวของสารกึ่งตัวนำเวเฟอร์สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ โมเลกุล ไอออนิก และอะตอม

ในจำนวนนี้ แรงดูดซับระหว่างสิ่งเจือปนในระดับโมเลกุลและพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์นั้นอ่อน และอนุภาคสิ่งเจือปนประเภทนี้สามารถกำจัดออกได้ค่อนข้างง่าย โดยส่วนใหญ่เป็นสิ่งเจือปนที่เป็นน้ำมันซึ่งมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ ซึ่งสามารถปิดบังสิ่งเจือปนไอออนิกและอะตอมที่ปนเปื้อนบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้ ซึ่งไม่เอื้อต่อการกำจัดสิ่งเจือปนทั้งสองประเภทนี้ ดังนั้น เมื่อทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ด้วยสารเคมี ควรกำจัดสิ่งเจือปนในระดับโมเลกุลก่อน

ดังนั้นขั้นตอนทั่วไปของเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์กระบวนการทำความสะอาดคือ:

การสลายโมเลกุล-การกำจัดไอออน-การกำจัดอะตอม-การล้างด้วยน้ำที่กำจัดไอออน

นอกจากนี้ เพื่อขจัดชั้นออกไซด์ธรรมชาติบนพื้นผิวของเวเฟอร์ จำเป็นต้องเพิ่มขั้นตอนการแช่กรดอะมิโนเจือจาง ดังนั้น แนวคิดในการทำความสะอาดคือ ขจัดสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์บนพื้นผิวก่อน จากนั้นละลายชั้นออกไซด์ สุดท้าย ขจัดอนุภาคและสิ่งปนเปื้อนโลหะ และทำให้พื้นผิวเฉื่อยไปพร้อมกัน

 

วิธีการทำความสะอาดทั่วไป

การทำความสะอาดเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์มักใช้วิธีการทางเคมี

การทำความสะอาดทางเคมีหมายถึงกระบวนการใช้สารเคมีและตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ เพื่อทำปฏิกิริยาหรือละลายสิ่งสกปรกและคราบน้ำมันบนพื้นผิวของเวเฟอร์ เพื่อดูดซับสิ่งสกปรก จากนั้นจึงล้างด้วยน้ำดีไอออนบริสุทธิ์ร้อนและเย็นจำนวนมากเพื่อให้ได้พื้นผิวที่สะอาด

การทำความสะอาดทางเคมีสามารถแบ่งได้เป็นการทำความสะอาดทางเคมีแบบเปียกและการทำความสะอาดทางเคมีแบบแห้ง ซึ่งการทำความสะอาดทางเคมีแบบเปียกยังคงเป็นที่นิยม

 

การทำความสะอาดด้วยเคมีแบบเปียก

 

1. การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียก:

การทำความสะอาดทางเคมีแบบเปียกส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยการแช่สารละลาย การขัดด้วยเครื่องจักร การทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิก การทำความสะอาดด้วยเมกะโซนิค การพ่นแบบโรตารี่ ฯลฯ

 

2. การแช่สารละลาย:

การแช่สารละลายเป็นวิธีการกำจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวโดยการจุ่มเวเฟอร์ในสารละลายเคมี เป็นวิธีที่นิยมใช้ในการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียกมากที่สุด สามารถใช้สารละลายต่าง ๆ เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนประเภทต่าง ๆ บนพื้นผิวของเวเฟอร์ได้

โดยปกติแล้ววิธีนี้ไม่สามารถขจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของเวเฟอร์ได้หมด จึงมักใช้วิธีการทางกายภาพ เช่น การให้ความร้อน อัลตราซาวนด์ และการกวนในระหว่างการจุ่ม

 

3. การขัดด้วยเครื่องจักร:

การขัดด้วยเครื่องจักรมักใช้เพื่อขจัดอนุภาคหรือสารตกค้างอินทรีย์บนพื้นผิวของเวเฟอร์ โดยทั่วไปสามารถแบ่งได้เป็น 2 วิธี:การขัดด้วยมือและการขัดด้วยที่ปัดน้ำฝน.

การขัดด้วยมือเป็นวิธีการขัดที่ง่ายที่สุด โดยใช้แปรงสเตนเลสจับลูกบอลที่แช่ในเอธานอลที่ปราศจากน้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ แล้วถูเบาๆ บนพื้นผิวของเวเฟอร์ในทิศทางเดียวกันเพื่อขจัดฟิล์มขี้ผึ้ง ฝุ่น กาวที่เหลือ หรืออนุภาคแข็งอื่นๆ วิธีนี้อาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนและมลพิษร้ายแรงได้ง่าย

ที่ปัดน้ำฝนใช้การหมุนเชิงกลเพื่อถูพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ด้วยแปรงขนสัตว์นุ่มหรือแปรงผสม วิธีนี้ช่วยลดรอยขีดข่วนบนแผ่นเวเฟอร์ได้อย่างมาก ที่ปัดน้ำฝนแรงดันสูงจะไม่ทำให้แผ่นเวเฟอร์เป็นรอยเนื่องจากไม่มีแรงเสียดทานเชิงกล และสามารถขจัดสิ่งปนเปื้อนในร่องได้

 

4. การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง:

การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นวิธีการทำความสะอาดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ข้อดีคือมีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดที่ดี ใช้งานง่าย และยังสามารถทำความสะอาดอุปกรณ์และภาชนะที่ซับซ้อนได้อีกด้วย

วิธีการทำความสะอาดนี้ใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่มีพลังสูง (ความถี่อัลตราโซนิกที่ใช้กันทั่วไปคือ 20s40kHz) และจะเกิดส่วนที่เบาบางและหนาแน่นภายในตัวกลางของเหลว ส่วนที่เบาบางจะสร้างฟองอากาศในโพรงที่เกือบจะเป็นสุญญากาศ เมื่อฟองอากาศในโพรงหายไป แรงดันในพื้นที่ที่รุนแรงจะถูกสร้างขึ้นใกล้ ๆ ฟองอากาศดังกล่าว ทำลายพันธะเคมีในโมเลกุลเพื่อละลายสิ่งสกปรกบนพื้นผิวเวเฟอร์ การทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงสุดในการขจัดสารตกค้างของฟลักซ์ที่ไม่ละลายน้ำหรือไม่ละลายน้ำ

 

5. การทำความสะอาดด้วยเมกะโซนิก:

การทำความสะอาดแบบเมกาโซนิกไม่เพียงแต่มีข้อดีของการทำความสะอาดแบบอัลตราโซนิกเท่านั้น แต่ยังสามารถแก้ไขข้อบกพร่องของมันได้อีกด้วย

การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงเมกะโซนิคเป็นวิธีการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์โดยผสมผสานเอฟเฟกต์การสั่นสะเทือนความถี่พลังงานสูง (850kHz) เข้ากับปฏิกิริยาเคมีของสารทำความสะอาดทางเคมี ในระหว่างการทำความสะอาด โมเลกุลของสารละลายจะถูกเร่งโดยคลื่นเสียงเมกะโซนิค (ความเร็วสูงสุดในขณะเดียวกันสามารถเข้าถึง 30cmVs) และคลื่นของเหลวความเร็วสูงจะกระทบกับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์อย่างต่อเนื่อง ทำให้สารมลพิษและอนุภาคละเอียดที่ติดอยู่บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ถูกกำจัดออกอย่างรุนแรงและเข้าสู่สารละลายทำความสะอาด การเติมสารลดแรงตึงผิวที่มีกรดลงในสารละลายทำความสะอาดในแง่หนึ่งสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดอนุภาคและสารอินทรีย์บนพื้นผิวขัดเงาผ่านการดูดซับสารลดแรงตึงผิว ในอีกแง่หนึ่ง ด้วยการผสานสารลดแรงตึงผิวและสภาพแวดล้อมที่มีกรด ก็สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดการปนเปื้อนของโลหะบนพื้นผิวของแผ่นขัดเงาได้ วิธีนี้สามารถทำหน้าที่เป็นการเช็ดด้วยเครื่องจักรและการทำความสะอาดด้วยสารเคมีได้ในเวลาเดียวกัน

ปัจจุบัน วิธีการทำความสะอาดแบบเมกะโซนิกได้กลายเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดแผ่นขัดเงา

 

6. วิธีการพ่นแบบโรตารี่:

วิธีการพ่นแบบหมุนเป็นวิธีการที่ใช้กลไกทางกลเพื่อหมุนเวเฟอร์ด้วยความเร็วสูง และพ่นของเหลว (น้ำดีไอออนไนซ์บริสุทธิ์สูงหรือของเหลวทำความสะอาดอื่นๆ) อย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวของเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการหมุนเพื่อขจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของเวเฟอร์

วิธีนี้ใช้สิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวของเวเฟอร์เพื่อละลายในของเหลวที่ฉีดพ่น (หรือทำปฏิกิริยาทางเคมีกับของเหลวเพื่อละลาย) และใช้ผลแรงเหวี่ยงจากการหมุนด้วยความเร็วสูงเพื่อแยกของเหลวที่มีสิ่งปนเปื้อนออกจากพื้นผิวของเวเฟอร์ตามเวลา

วิธีการพ่นแบบหมุนมีข้อดีของการทำความสะอาดด้วยสารเคมี การทำความสะอาดด้วยกลศาสตร์ของไหล และการขัดด้วยแรงดันสูง ในขณะเดียวกัน วิธีการนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับกระบวนการอบแห้งได้อีกด้วย หลังจากช่วงการทำความสะอาดด้วยการพ่นน้ำดีไอออนไนซ์แล้ว การพ่นน้ำจะหยุดลงและใช้ก๊าซพ่น ในขณะเดียวกัน สามารถเพิ่มความเร็วในการหมุนเพื่อเพิ่มแรงเหวี่ยงเพื่อขจัดน้ำออกจากพื้นผิวของเวเฟอร์ได้อย่างรวดเร็ว

 

7.การทำความสะอาดด้วยเคมีแห้ง

การซักแห้ง หมายถึงเทคโนโลยีการทำความสะอาดที่ไม่ใช้สารละลาย

เทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบแห้งที่ใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยพลาสม่า เทคโนโลยีการทำความสะอาดในเฟสก๊าซ เทคโนโลยีการทำความสะอาดลำแสง เป็นต้น

ข้อดีของการซักแห้งคือเป็นกระบวนการที่ไม่ซับซ้อนและไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม แต่มีค่าใช้จ่ายสูงและมีขอบเขตการใช้งานไม่มากในขณะนี้

 

1. เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยพลาสม่า:

การทำความสะอาดด้วยพลาสม่ามักใช้ในกระบวนการกำจัดโฟโตเรซิสต์ โดยจะมีการเติมออกซิเจนจำนวนเล็กน้อยเข้าไปในระบบปฏิกิริยาพลาสม่า ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าแรงสูง ออกซิเจนจะสร้างพลาสม่า ซึ่งจะออกซิไดซ์โฟโตเรซิสต์ให้กลายเป็นสถานะก๊าซระเหยอย่างรวดเร็ว และถูกสกัดออกมา

เทคโนโลยีการทำความสะอาดนี้มีข้อดีคือใช้งานง่าย มีประสิทธิภาพสูง พื้นผิวสะอาด ไม่มีรอยขีดข่วน และเอื้อต่อการรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในกระบวนการขจัดกาว นอกจากนี้ ยังไม่มีการใช้กรด ด่าง และตัวทำละลายอินทรีย์ และไม่มีปัญหา เช่น การกำจัดขยะและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้น จึงได้รับความนิยมจากผู้คนมากขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถขจัดคาร์บอนและสิ่งสกปรกโลหะที่ไม่ระเหยหรือโลหะออกไซด์อื่นๆ ได้

 

2. เทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบเฟสก๊าซ:

การทำความสะอาดในเฟสก๊าซหมายถึงวิธีการทำความสะอาดที่ใช้สารเทียบเท่าในเฟสก๊าซในกระบวนการของเหลวเพื่อทำปฏิกิริยากับสารปนเปื้อนบนพื้นผิวของเวเฟอร์เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดสิ่งสกปรก

ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการ CMOS การทำความสะอาดเวเฟอร์ใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง HF ในเฟสก๊าซและไอน้ำเพื่อกำจัดออกไซด์ โดยทั่วไป กระบวนการ HF ที่มีน้ำจะต้องมาพร้อมกับกระบวนการกำจัดอนุภาค ในขณะที่การใช้เทคโนโลยีการทำความสะอาด HF ในเฟสก๊าซไม่จำเป็นต้องมีกระบวนการกำจัดอนุภาคตามมา

ข้อดีที่สำคัญที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ HF ในน้ำคือ การใช้สารเคมี HF ที่น้อยกว่ามาก และประสิทธิภาพในการทำความสะอาดที่สูงขึ้น

 

ยินดีต้อนรับลูกค้าทุกท่านจากทั่วทุกมุมโลกที่จะมาเยี่ยมชมเราเพื่อพูดคุยเพิ่มเติม!

https://www.vet-china.com/

https://www.facebook.com/people/บริษัท หนิงโป-ไมอามี-แอดวานซ์-วัสดุ-เทคโนโลยี-จำกัด/100085673110923/

https://www.linkedin.com/company/100890232/admin/page-posts/เผยแพร่/

https://www.youtube.com/@user-oo9nl2qp6j