半导体 | 清洗工艺
一、污染物分类
IC的制造过程中需要使用一些有机和无机化合物。制造过程一直在洁净室进行,但存在人为干预,因此会导致晶圆的各种环境污染。污染物根据其存在形式分为四类:颗粒物、有机物、金属污染物和氧化物。
1) 颗粒物
2) 有机物
二、清洗方法
I)物理方法
超声波在半导体工艺中很常用,超声波是人耳听不到的20kHz以上的振动波,利用振动去除附着在晶圆表面的污染和颗粒。频率在100kHz以下的超声波和100kHz以上的超声波也都有使用,其产生的作用不同,如下图:
高压水喷洒清洗对由于静电作用附着的颗粒去除效果很好,成为玻璃和铬光刻掩模版的清洗的首选方式。将一注小的水流施加2000~4000psi的压力,水流连续不断地喷洒掩膜或晶片的表面,除去大小不一的颗粒。在水流中经常加入少剂量的表面活性剂作为去静电剂。
低温清洗:高压的二氧化碳(CO2)或雪清洗(snowcleaning)是一种新兴的技术。CO2从一个喷嘴中直接喷到晶圆表面。当气体从喷嘴中喷出时,其压力下降从而导致快速冷却,然后形成CO2颗粒,或叫做雪花。相互撞击颗粒的压力驱散表面的颗粒并由气流将其携带走。表面的物理撞击提供了一种清洗作用。
氩气的喷雾是另外一种低温清洗。氩气相对较重。它的较大原子在压力下直喷到晶片表面可以除去颗粒。一种结合了氧气和氩气的综合方法,称为低温动力(Cryokinelie)法。在压力下将气体预冷使其形成液气混合物并流入一个真空反应室中。在反应室中,液体迅速膨胀形成极微小的结晶将颗粒从晶片表面击走。
旋转淋洗甩干机(SRD):在旋转淋洗甩干机中,完全的甩干是在一个类似离心分离机的设备中完成的。一种方式是将晶圆承载器装入一个圆筒状容器内部的片匣固定器中。在这一圆筒状容器的中心是一排连接着去离子水和热氨气的带孔的管子。甩干的过程实际起始于晶圆的冲洗,因为晶圆是围绕着喷水的中心管柱旋转的。然后,当热氮气从中心管柱中喷出时,SRD转换为高速旋转。不难想象,旋转把水从品圆表面用掉。热氮气可以帮助去除紧附于晶圆上的小水珠。
SRD还可以设计用来做单个晶圆承载器的甩干。承载器可以被滑动推入反应室内部的一个旋转固定器中。水和氮气从其侧壁进入反应室而不是通过一个位中心的管柱。冲洗和甩干是在承载器绕其自身的轴线旋转时进行的。这种类型的SRD称为轴线甩干机(axial dryer)。这两种烘干机均被应用于全自动的晶圆清洗和刻蚀工艺。作为晶圆清洗机其所需的化学品通过管道连接到机器上,又由用微处理器控制的阀门将正确的化学品输送到反应室中。
异丙醇(IPA)蒸气蒸干法:一种近来又被重新发现的烘干技术是醇类蒸干法。在烘干器的底部有一个液体IA的储液罐。其上部充满蒸气(气相)。当一片表面带水的晶圆悬置于蒸气中时,IPA将晶圆表面的水取代。IPA蒸气区域周围的冷却管使IPA蒸气中的水蒸气凝结,从而除去晶圆表面的水。另一种为直接取代型气相蒸干机(direct displacement vapor dryer)。在这一系统中,晶圆被直接从水池中拿出放入IPA蒸气中,IPA对水的取代干燥IPA蒸气在其中发生。
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