แหล่งที่มาของการปนเปื้อนและการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

จำเป็นต้องใช้สารอินทรีย์และอนินทรีย์บางชนิดในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการนี้ดำเนินการในห้องปลอดเชื้อโดยมีมนุษย์เกี่ยวข้องอยู่เสมอ เซมิคอนดักเตอร์จึง...เวเฟอร์ย่อมปนเปื้อนด้วยสิ่งเจือปนต่างๆ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

โดยพิจารณาจากแหล่งที่มาและลักษณะของสารปนเปื้อน สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทหลักๆ ได้แก่ อนุภาค สารอินทรีย์ ไอออนโลหะ และออกไซด์

 

1. อนุภาค:

อนุภาคส่วนใหญ่ประกอบด้วยโพลิเมอร์ สารไวแสง และสิ่งเจือปนจากการกัดกร่อน

สารปนเปื้อนดังกล่าวโดยทั่วไปอาศัยแรงระหว่างโมเลกุลในการดูดซับบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ ส่งผลต่อการก่อตัวของรูปทรงเรขาคณิตและพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีของอุปกรณ์

สารปนเปื้อนดังกล่าวส่วนใหญ่จะถูกกำจัดออกไปโดยการค่อยๆ ลดพื้นที่สัมผัสกับพื้นผิวเวเฟอร์โดยวิธีการทางกายภาพหรือทางเคมี

 

2. สารอินทรีย์:

แหล่งที่มาของสิ่งเจือปนอินทรีย์นั้นค่อนข้างหลากหลาย เช่น น้ำมันจากผิวหนังมนุษย์ แบคทีเรีย น้ำมันเครื่อง จาระบีเครื่องดูดฝุ่น สารไวแสง สารละลายทำความสะอาด เป็นต้น

สารปนเปื้อนดังกล่าวโดยทั่วไปจะก่อตัวเป็นฟิล์มอินทรีย์บนพื้นผิวของเวเฟอร์ ป้องกันไม่ให้น้ำยาทำความสะอาดเข้าถึงพื้นผิวของเวเฟอร์ ส่งผลให้การทำความสะอาดพื้นผิวเวเฟอร์ไม่สมบูรณ์

การกำจัดสารปนเปื้อนดังกล่าว มักดำเนินการในขั้นตอนแรกของกระบวนการทำความสะอาด โดยส่วนใหญ่ใช้วิธีทางเคมี เช่น กรดซัลฟิวริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

 

3. ไอออนโลหะ:

สิ่งเจือปนโลหะทั่วไป ได้แก่ เหล็ก ทองแดง อลูมิเนียม โครเมียม เหล็กหล่อ ไทเทเนียม โซเดียม โพแทสเซียม ลิเธียม เป็นต้น แหล่งที่มาหลักคือ เครื่องใช้ต่างๆ ท่อ สารเคมี และมลพิษจากโลหะที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมต่อโลหะในกระบวนการผลิต

สิ่งเจือปนประเภทนี้มักถูกกำจัดด้วยวิธีการทางเคมีผ่านการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนของไอออนโลหะ

 

4. ออกไซด์:

เมื่อเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์เมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนและน้ำ ชั้นออกไซด์ตามธรรมชาติจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิว ฟิล์มออกไซด์นี้จะขัดขวางกระบวนการต่างๆ ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และยังประกอบด้วยสิ่งเจือปนของโลหะบางชนิด ซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางอย่างจะก่อให้เกิดข้อบกพร่องทางไฟฟ้าได้

โดยทั่วไป การกำจัดฟิล์มออกไซด์นี้ทำได้โดยการแช่ในกรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง

 

ลำดับการทำความสะอาดทั่วไป

สิ่งเจือปนที่ดูดซับอยู่บนพื้นผิวของสารกึ่งตัวนำเวเฟอร์สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท ได้แก่ โมเลกุล ไอออนิก และอะตอมิก

ในบรรดาสิ่งเจือปนเหล่านั้น แรงดูดซับระหว่างอนุภาคสิ่งเจือปนระดับโมเลกุลกับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์นั้นอ่อน และอนุภาคสิ่งเจือปนประเภทนี้จึงกำจัดได้ค่อนข้างง่าย ส่วนใหญ่เป็นสิ่งเจือปนที่เป็นน้ำมันและมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ ซึ่งสามารถปกปิดสิ่งเจือปนที่เป็นไอออนและอะตอมที่ปนเปื้อนอยู่บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ทำให้ไม่เอื้อต่อการกำจัดสิ่งเจือปนทั้งสองประเภทนี้ ดังนั้น ในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ด้วยสารเคมี ควรขจัดสิ่งเจือปนระดับโมเลกุลออกก่อน

ดังนั้น ขั้นตอนทั่วไปของการผลิตสารกึ่งตัวนำเวเฟอร์ขั้นตอนการทำความสะอาดมีดังนี้:

กระบวนการแยกโมเลกุล การแยกไอออน การแยกอะตอม และการล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน

นอกจากนี้ เพื่อกำจัดชั้นออกไซด์ตามธรรมชาติบนพื้นผิวของเวเฟอร์ จำเป็นต้องเพิ่มขั้นตอนการแช่ด้วยกรดอะมิโนเจือจาง ดังนั้น แนวคิดของการทำความสะอาดคือ การกำจัดสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์บนพื้นผิวก่อน จากนั้นละลายชั้นออกไซด์ สุดท้ายกำจัดอนุภาคและสิ่งปนเปื้อนโลหะ และทำการปรับสภาพพื้นผิวไปพร้อมกัน

 

วิธีการทำความสะอาดทั่วไป

โดยทั่วไปมักใช้กระบวนการทางเคมีในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

การทำความสะอาดด้วยสารเคมี หมายถึงกระบวนการใช้สารเคมีและตัวทำละลายอินทรีย์ต่างๆ ทำปฏิกิริยาหรือละลายสิ่งสกปรกและคราบน้ำมันบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ เพื่อขจัดสิ่งสกปรกออกไป แล้วล้างออกด้วยน้ำปราศจากไอออนบริสุทธิ์ปริมาณมากทั้งร้อนและเย็น เพื่อให้ได้พื้นผิวที่สะอาด

การทำความสะอาดด้วยสารเคมีสามารถแบ่งออกเป็น การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียก และการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบแห้ง ซึ่งการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียกยังคงเป็นวิธีที่ได้รับความนิยมมากกว่า

 

การทำความสะอาดด้วยสารเคมีเปียก

 

1. การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียก:

การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียกส่วนใหญ่ประกอบด้วย การแช่ในสารละลาย การขัดถูด้วยเครื่องจักร การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค การทำความสะอาดด้วยคลื่นเมกะโซนิค การฉีดพ่นแบบหมุน เป็นต้น

 

2. การแช่ในสารละลาย:

การแช่ในสารละลายเป็นวิธีการกำจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวโดยการแช่แผ่นเวเฟอร์ในสารละลายเคมี เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแบบเปียก สามารถใช้สารละลายที่แตกต่างกันเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนประเภทต่างๆ บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ได้

โดยปกติ วิธีนี้ไม่สามารถกำจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของเวเฟอร์ได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงมักใช้วิธีการทางกายภาพ เช่น การให้ความร้อน การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ และการกวนควบคู่ไปกับการแช่

 

3. การขัดถูด้วยเครื่องมือกล:

การขัดถูเชิงกลมักใช้เพื่อกำจัดอนุภาคหรือสารตกค้างอินทรีย์บนพื้นผิวของเวเฟอร์ โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นสองวิธี:การขัดด้วยมือและการขัดด้วยผ้าเช็ด.

การขัดถูด้วยมือวิธีการขัดถูที่ง่ายที่สุดคือ การใช้แปรงสแตนเลสจับลูกบอลที่ชุบด้วยเอทานอลปราศจากน้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์อื่นๆ แล้วค่อยๆ ขัดพื้นผิวของเวเฟอร์ไปในทิศทางเดียวกันเพื่อขจัดฟิล์มแว็กซ์ ฝุ่น กาวที่เหลือ หรืออนุภาคของแข็งอื่นๆ วิธีนี้อาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนและสิ่งสกปรกได้ง่าย

เครื่องเช็ดทำความสะอาดใช้การหมุนเชิงกลเพื่อถูพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ด้วยแปรงขนแกะนุ่มหรือแปรงผสม วิธีนี้ช่วยลดรอยขีดข่วนบนแผ่นเวเฟอร์ได้อย่างมาก ส่วนเครื่องเช็ดทำความสะอาดแรงดันสูงจะไม่ทำให้แผ่นเวเฟอร์เป็นรอยเนื่องจากไม่มีแรงเสียดทานเชิงกล และสามารถขจัดสิ่งสกปรกในร่องได้

 

4. การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค:

การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคเป็นวิธีการทำความสะอาดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ข้อดีคือมีประสิทธิภาพในการทำความสะอาดสูง ใช้งานง่าย และยังสามารถทำความสะอาดอุปกรณ์และภาชนะที่ซับซ้อนได้อีกด้วย

วิธีการทำความสะอาดนี้ใช้คลื่นอัลตราโซนิกแรงสูง (ความถี่อัลตราโซนิกที่ใช้กันทั่วไปคือ 20-40 กิโลเฮิร์ตซ์) โดยจะสร้างส่วนที่เบาบางและหนาแน่นขึ้นภายในตัวกลางที่เป็นของเหลว ส่วนที่เบาบางจะก่อให้เกิดฟองอากาศในโพรงเกือบสุญญากาศ เมื่อฟองอากาศในโพรงหายไป จะเกิดแรงดันเฉพาะที่สูงมากบริเวณใกล้เคียง ซึ่งจะทำลายพันธะเคมีในโมเลกุลและละลายสิ่งสกปรกบนพื้นผิวเวเฟอร์ การทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงสุดในการกำจัดคราบฟลักซ์ที่ไม่ละลายน้ำหรือคราบตกค้างที่ไม่ละลายน้ำ

 

5. การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (เมกะโซนิก):

การทำความสะอาดด้วยคลื่นเมกะโซนิกไม่เพียงแต่มีข้อดีของการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคเท่านั้น แต่ยังช่วยเอาชนะข้อเสียของการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคได้อีกด้วย

การทำความสะอาดด้วยคลื่นเมกะโซนิกเป็นวิธีการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์โดยการผสมผสานผลของการสั่นสะเทือนความถี่สูง (850 kHz) กับปฏิกิริยาเคมีของสารทำความสะอาด ในระหว่างการทำความสะอาด โมเลกุลของสารละลายจะถูกเร่งความเร็วโดยคลื่นเมกะโซนิก (ความเร็วสูงสุดในทันทีสามารถสูงถึง 30 cmV/s) และคลื่นของเหลวความเร็วสูงจะกระทบกับพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์อย่างต่อเนื่อง ทำให้สิ่งสกปรกและอนุภาคขนาดเล็กที่เกาะอยู่บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ถูกกำจัดออกไปและเข้าสู่สารละลายทำความสะอาด การเติมสารลดแรงตึงผิวที่เป็นกรดลงในสารละลายทำความสะอาด ในด้านหนึ่ง สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดอนุภาคและสารอินทรีย์บนพื้นผิวที่ขัดเงาผ่านการดูดซับของสารลดแรงตึงผิว ในอีกด้านหนึ่ง ผ่านการรวมกันของสารลดแรงตึงผิวและสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการขจัดสิ่งปนเปื้อนที่เป็นโลหะบนพื้นผิวของแผ่นขัดเงา วิธีนี้จึงสามารถทำหน้าที่ทั้งการเช็ดด้วยกลไกและการทำความสะอาดด้วยสารเคมีได้พร้อมกัน

ในปัจจุบัน วิธีการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงได้กลายเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสำหรับการทำความสะอาดแผ่นขัดเงา

 

6. วิธีการพ่นแบบหมุน:

วิธีการพ่นแบบหมุนเป็นวิธีการที่ใช้กลไกในการหมุนแผ่นเวเฟอร์ด้วยความเร็วสูง และพ่นของเหลว (น้ำปราศจากไอออนที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือของเหลวทำความสะอาดอื่นๆ) อย่างต่อเนื่องลงบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ในระหว่างกระบวนการหมุน เพื่อขจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์

วิธีนี้ใช้หลักการละลายสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ด้วยของเหลวที่ฉีดพ่น (หรือทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อละลาย) และใช้แรงเหวี่ยงจากการหมุนด้วยความเร็วสูงเพื่อทำให้ของเหลวที่มีสิ่งเจือปนแยกตัวออกจากพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ได้ทันเวลา

วิธีการฉีดพ่นแบบหมุนมีข้อดีของการทำความสะอาดด้วยสารเคมี การทำความสะอาดด้วยกลศาสตร์ของไหล และการขัดถูด้วยแรงดันสูง ในขณะเดียวกัน วิธีนี้ยังสามารถผสมผสานกับกระบวนการอบแห้งได้ หลังจากฉีดพ่นน้ำปราศจากไอออนเป็นระยะเวลาหนึ่งแล้ว จะหยุดการฉีดพ่นน้ำและใช้ก๊าซฉีดพ่นแทน ในขณะเดียวกันก็สามารถเพิ่มความเร็วในการหมุนเพื่อเพิ่มแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเพื่อทำให้พื้นผิวของเวเฟอร์แห้งเร็วขึ้น

 

7.การทำความสะอาดด้วยสารเคมีแห้ง

การซักแห้ง หมายถึงเทคโนโลยีการทำความสะอาดที่ไม่ใช้น้ำยาทำความสะอาด

เทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบแห้งที่ใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยพลาสมา เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยก๊าซ เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยลำแสง เป็นต้น

ข้อดีของการซักแห้งคือกระบวนการที่ไม่ซับซ้อนและไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม แต่ต้นทุนสูงและขอบเขตการใช้งานยังไม่กว้างขวางนักในขณะนี้

 

1. เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยพลาสมา:

การทำความสะอาดด้วยพลาสมาเป็นวิธีการที่ใช้บ่อยในกระบวนการกำจัดสารไวแสง โดยจะมีการเติมออกซิเจนปริมาณเล็กน้อยเข้าไปในระบบปฏิกิริยาพลาสมา ภายใต้การทำงานของสนามไฟฟ้าแรงสูง ออกซิเจนจะสร้างพลาสมา ซึ่งจะออกซิไดซ์สารไวแสงอย่างรวดเร็วให้กลายเป็นก๊าซระเหยและถูกกำจัดออกไป

เทคโนโลยีการทำความสะอาดนี้มีข้อดีคือใช้งานง่าย ประสิทธิภาพสูง พื้นผิวสะอาด ไม่เกิดรอยขีดข่วน และเอื้อต่อการรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์ในกระบวนการกำจัดคราบเหนียว นอกจากนี้ยังไม่ใช้กรด ด่าง และตัวทำละลายอินทรีย์ จึงไม่มีปัญหาเรื่องการกำจัดของเสียและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ไม่สามารถกำจัดคาร์บอนและสิ่งสกปรกที่เป็นโลหะหรือออกไซด์ของโลหะที่ไม่ระเหยได้อื่นๆ

 

2. เทคโนโลยีการทำความสะอาดในเฟสแก๊ส:

การทำความสะอาดด้วยเฟสแก๊ส หมายถึงวิธีการทำความสะอาดที่ใช้สารที่มีสถานะเป็นแก๊สซึ่งเทียบเท่ากับสารที่ใช้ในกระบวนการที่เป็นของเหลว มาทำปฏิกิริยากับสารปนเปื้อนบนพื้นผิวของเวเฟอร์ เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการกำจัดสิ่งสกปรก

ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการผลิต CMOS การทำความสะอาดเวเฟอร์ใช้ปฏิกิริยาระหว่างก๊าซ HF กับไอน้ำเพื่อกำจัดออกไซด์ โดยปกติแล้ว กระบวนการ HF ที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบจะต้องมีกระบวนการกำจัดอนุภาคควบคู่ไปด้วย ในขณะที่การใช้เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยก๊าซ HF ไม่จำเป็นต้องมีกระบวนการกำจัดอนุภาคเพิ่มเติม

ข้อดีที่สำคัญที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ HF ในสารละลายน้ำ คือ การใช้สารเคมี HF น้อยลงมาก และประสิทธิภาพการทำความสะอาดสูงขึ้น

 

ยินดีต้อนรับลูกค้าจากทั่วทุกมุมโลกเข้าเยี่ยมชมและพูดคุยเพิ่มเติม!

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