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    四種常用的半導體硅片清洗設備及裝置

    2019-01-11 10:55:23

    隨著集成電路制程工藝節點越來越先進,對實際制造的幾個環節也提出了新要求,清洗環節的重要性日益凸顯。

    清洗的關鍵性則是由于隨著特征尺寸的不斷縮小,半導體對雜質含量越來越敏感,而半導體制造中不可避免會引入一些顆粒、有機物、金屬和氧化物等污染物。為了減少雜質對芯片良率的影響,實際生產中不僅僅需要提高單次的清洗效率,還需要在幾乎所有制程前后都頻繁的進行清洗,清洗步驟約占整體步驟的33%。

    常用的四種半導體硅片清洗設備及裝置:

    1、浸入式濕法清洗槽

    濕法化學清洗系統既可以是浸入式的又可以是旋轉式的。一般設備主要包括一組濕法化學清洗槽和相應的水槽,另外還可能配有甩干裝置。硅片放在一個清洗專用花籃中放人化學槽一段指定的時間,之后取出放人對應的水槽中沖洗。

    對于清洗設備的設計來說,材料的選擇至關重要。使用時根據化學液的濃度、酸堿度、使用溫度等條件選擇相應的槽體材料。從材質上來說一般有NPP、PVDF、PrFE、石英玻璃等。例如:PVDF、IyIFE、石英玻璃等一般用在需加熱的強酸強堿清洗,其中石英玻璃不能用在HF清洗中,NPP一般用在常溫下的弱酸弱堿清洗。而常溫化學槽,一般為NPP材料。

     

    石英加熱槽

    槽內溶液可加熱到180℃甚至更高,它一般由石英內槽、保溫層、塑料(PP)外槽組成。石英槽加熱可以通過粘貼加熱膜或者直接在石英玻璃上涂敷加熱材料實現。石英槽內需安裝溫度和液位傳感器,以實現對溫度的精確控制以及槽內液位的檢測,防止槽內液位過低造成加熱器干燒。 

    除此之外PVDF(PTEE)加熱槽也較為常用,這類加熱槽常用于HF溶液的清洗中。由于受到槽體材料的限制,這類加熱槽只能使用嵌入式加熱,嵌入式加熱器一般有盤管式和平板式兩種,加熱器外包覆PFA管。

    2、兆聲清洗槽

    RcA或者改進的RcA清洗配合兆聲能量是目前使用非常廣泛的清洗方法。在附加了兆聲能量后,可大幅降低溶液的使用溫度以及工藝時間,而清洗效果更加有效。常用兆聲清洗的頻率為800kHz—1 MHz,兆聲功率在100一600W。兆聲換能器有平板式、圓弧板式等形式。兆聲換能器可直接安裝于槽體底部;石英清洗槽則可以采用水浴的方式,兆聲換能器安裝于外槽底部,這樣可以避免清洗液對兆聲換能器的浸蝕。其結構如圖2所示。

    兆聲槽

    兆聲換能器在工作過程中會在石英槽底部產生大量的氣泡。這些氣泡會大量吸收兆聲能量,大大降低了兆聲清洗的效果。因此內槽石英缸底部一般要有10-15度的傾斜角度,當有氣泡產生時,由于浮力的作用氣泡沿傾斜的石英槽底向上移動,脫離石英槽壁浮出水面,減少了氣泡對兆聲能量的損耗。

    另外水浴外槽可根據不同的需要采用不銹鋼槽、石英槽等。圓弧板兆聲換能器由于其結構的特殊性,使其在兆聲能量的傳播方向、能量分布上更加合理,清洗效果更加顯著,一般情況下,圓弧板兆聲換能器只需要平板兆聲換能器使用減半的功率即可達到相同的清洗效果。

    3、旋轉噴淋清洗

    旋轉噴淋清洗是浸入型清洗的變型。系統中一般包括自動配液系統、清洗腔體、廢液回收系統。噴淋清洗在一個密封的工作腔內一次完成化學清洗、去離子水沖洗、旋轉甩干等過程,減少了在每一步清洗過程中由于人為操作因素造成的影響。在噴淋清洗中由于旋轉和噴淋的效果,使得硅片表面的溶液更加均勻,同時,接觸到硅片表面的溶液永遠是新鮮的,這樣就可以做到通過工藝時間設置,精確控制硅片的清洗腐蝕效果,實現很好的一致性。密封的工作腔可以隔絕化學液的揮發,減少溶液的損耗以及溶液蒸汽對人體和環境的危害。各系統分別貯于不同的化學試劑,在使用時到達噴口之前才混合,使其保持新鮮,以發揮最大的潛力,這樣在清洗時會反應最快。用N2噴時使液體通過很小的噴口,使其形成很細的霧狀,至硅片表面達到更好的清洗目的。

    此方法適用于除去氧化膜或有機物。因為化學物質在硅片表面停留的時間比較短,對反應需要一定時間的清洗效果不好。在噴洗過程中所使用的化學試劑很少,對控制成本及環境保護有利。

    4、刷洗器

    刷洗器主要用于硅片拋光后的清洗,可有效地去除硅片正反兩面1μm以及更大的顆粒。主要配置包括專用刷洗器、優化的化學清洗液及超純水或者IPA。在水動力條件下,顆粒被旋轉的海綿狀刷子趕出,其結構如圖3所示。

    硅片刷洗裝置

    一個典型的POST—CMP清洗裝置包括兩個刷洗箱和一個兆聲波清洗模塊。早期使用的尼龍毛刷易造成硅片的損傷,現在一般采用聚乙烯醇(PVA)毛刷,PVA毛刷配合去離子水,其結構如圖4所示。

     

    PVA材質刷洗器
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