Làm sạch wafer và sấy khô

1. Làm sạch wafer

Trong quá trình bảo quản, xử lý và xử lý tấm bán dẫn, không thể tránh khỏi các hạt bụi có kích thước micro- hoặc thậm chí nano{1}}và tạp chất dạng vết sẽ bám vào chúng-nếu không được loại bỏ hoàn toàn, những chất gây ô nhiễm này sẽ trực tiếp dẫn đến lỗi mẫu mạch, rò rỉ màng cách điện hoặc ăn mòn dây kim loại, cuối cùng dẫn đến hỏng thiết bị. Do đó, quy trình làm sạch chiếm 20%~30% tổng số giờ công-sản xuất và đã trở thành mắt xích cốt lõi để đảm bảo tính ổn định của quy trình.

1.1 Bụi được loại bỏ triệt để bằng cách giặt: phân hủy hóa học và vật lý

Từ con đường kỹ thuật, việc làm sạch chủ yếu dựa vào tác dụng hiệp đồng của quá trình phân hủy hóa học và phân hủy vật lý.

Ví dụ: APM (hỗn hợp nước amoni hydroxit-hydro peroxit-) có thể loại bỏ cặn và hạt hữu cơ một cách hiệu quả, còn FPM (nước axit hydrofluoric-hydro peroxit-) có độ chọn lọc cao đối với tạp chất kim loại trên bề mặt màng oxit. SPM (axit sunfuric-hydro peroxid, thường được gọi là "dung dịch cá piranha") có thể phân hủy các chất cản quang cứng đầu do đặc tính oxy hóa mạnh của nó. Làm sạch vật lý sử dụng các lực cơ học như siêu âm, sóng siêu âm hoặc phun áp suất cao- để hỗ trợ chất lỏng hóa học thâm nhập vào các khoảng trống nhỏ và cải thiện hiệu quả làm sạch. Đối với giai đoạn nhạy cảm sau khi nối dây kim loại, nên sử dụng dung môi hữu cơ như cồn, axeton để thay thế dung dịch hóa chất có tính axit để tránh nguy cơ ăn mòn kim loại.

0040-09095 Bình Gas, WCvd

1.1 thiết bị vệ sinh

Ở cấp độ thiết bị, thiết bị làm sạch ướt được chia thành hai loại: loại bể và loại nguyên khối: thiết bị bể thực hiện làm sạch gradient chất lỏng hóa học thông qua loạt nhiều bể, phù hợp cho xử lý hàng loạt; Thiết bị nguyên khối thực hiện việc làm sạch tốt các khối wafer bằng phương pháp phun và chải quay, phù hợp hơn cho việc kiểm soát chặt chẽ ô nhiễm cục bộ bằng các quy trình tiên tiến. Trong những năm gần đây, các công nghệ giặt khô như làm sạch tuyết bằng carbon dioxide và xử lý plasma bằng ozone đã đẩy nhanh sự phát triển trong điều kiện bảo vệ môi trường và áp lực chi phí do ưu điểm là không xả nước thải và ô nhiễm hóa chất thấp.

Ví dụ:-việc làm sạch bằng plasma ở nhiệt độ thấp có thể loại bỏ các hạt có kích thước nano một cách hiệu quả mà không làm hỏng các cấu trúc nhạy cảm bằng cách bắn phá bề mặt bằng các hạt hoạt động và đã được sử dụng rộng rãi trong các tình huống làm sạch giữa các ngăn xếp NAND 3D.

Hiện nay, quá trình làm sạch đang phát triển theo hướng xanh và thông minh. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp hóa học mới thân thiện với môi trường như APM-không chứa flo và các chất tạo phức có khả năng phân hủy sinh học đã làm giảm một cách hiệu quả nguy cơ xả nước thải kim loại nặng. Hệ thống giám sát thời gian thực-dựa trên AI-dựa trên AI có thể điều chỉnh linh hoạt các thông số quy trình bằng cách phân tích thành phần dung dịch làm sạch, nồng độ hạt và độ phản xạ bề mặt để đạt được hiệu quả làm sạch-vòng khép kín. Những lần lặp lại công nghệ này không chỉ cải thiện việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm có kích thước nano mà còn mang lại sự đảm bảo chính cho độ tin cậy của các cấu trúc liên kết mật độ-cao trong các lĩnh vực mới nổi như tích hợp 3D và đóng gói tiên tiến, đồng thời tiếp tục thúc đẩy sản xuất chất bán dẫn hướng tới mục tiêu năng suất cao hơn và tỷ lệ sai sót thấp hơn.

2. Rửa sạch và lau khô wafer sau khi vệ sinh

Quá trình rửa được thực hiện bằng nước siêu tinh khiết, chiếm tỷ lệ đáng kể trong tổng lượng nước siêu tinh khiết tiêu thụ của nhà máy sản xuất chất bán dẫn và cần đảm bảo rằng dung dịch hóa chất được loại bỏ hoàn toàn thông qua quá trình rửa nhiều{0}}giai đoạn để tránh tác động tiềm ẩn của chất cặn đến các quá trình tiếp theo và hiệu suất của thiết bị. Sau khi rửa, việc loại bỏ hoàn toàn độ ẩm còn sót lại trên bề mặt wafer trở thành mục tiêu cốt lõi và quá trình sấy khô cần phải đáp ứng nhiều yêu cầu như không có hình mờ, không bám dính chất lạ và bảo vệ tĩnh điện.

2.1 Phương pháp sấy quay

Phương pháp sấy quay sử dụng lực ly tâm để loại bỏ độ ẩm thông qua-vòng quay tốc độ cao của tấm bán dẫn, nhưng ma sát giữa bề mặt tấm bán dẫn và nitơ trong quá trình quay dễ sinh ra tĩnh điện, có thể gây ra nguy cơ đánh thủng tĩnh điện cho thiết bị.

Vì lý do này, cần phải kết hợp vòi sen điện tử để xử lý trung hòa tĩnh điện nhằm đảm bảo an toàn cho quá trình. Ưu điểm của phương pháp này là vận hành đơn giản và chi phí thấp nhưng đòi hỏi độ chính xác của thiết bị cao và độ sạch môi trường, tốc độ quay và độ tinh khiết nitơ cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh ô nhiễm thứ cấp.

2.1 Phương pháp sấy bằng cồn isopropyl không để lại dấu vết

Phương pháp sấy khô bằng cồn isopropyl được tối ưu hóa cho vấn đề hình mờ. Bản chất của hình mờ là dấu vết của silicon oxit hydrat và các tạp chất được hình thành trên bề mặt tấm wafer do độ ẩm còn sót lại trong quá trình sấy khô, có liên quan chặt chẽ đến tính kỵ nước của chất nền silicon và khả năng giữ giọt nước cục bộ do sấy khô không đồng đều.

Do sức căng bề mặt thấp và khả năng hòa tan tốt với nước, rượu isopropyl có thể thay thế nước một cách hiệu quả và giảm khả năng hình thành hình mờ. Các phương pháp thực hiện cụ thể bao gồm 3 công nghệ chủ đạo: sấy khô bằng hơi cồn isopropyl bằng cách đặt tấm wafer đã rửa sạch trong môi trường hơi cồn isopropyl, sử dụng hơi nước để thay thế độ ẩm trên bề mặt tấm wafer và sấy khô; Sấy Marangoni là sử dụng đồng thời hơi cồn isopropyl và nitơ dọc theo bề mặt tiếp xúc giữa tấm bán dẫn và nước khi tấm bán dẫn được nâng lên khỏi nước siêu tinh khiết và nước được đẩy nhanh chóng rút lui qua gradient sức căng bề mặt để tránh các giọt nước kéo theo và cặn. Sấy Rotagoni kết hợp ưu điểm kép của sấy quay và sấy marangoni, đẩy nhanh quá trình bay hơi nước thông qua quá trình quay trong khi sử dụng hơi cồn isopropyl để tạo thành gradient sức căng bề mặt, đạt được hiệu quả sấy hiệu quả hơn và ức chế hơn nữa sự hình thành hình mờ.

Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ của các nút quy trình bán dẫn đến kích thước nhỏ hơn, các yêu cầu cao hơn đã được đặt ra về độ sạch, tính đồng nhất và bảo vệ môi trường của quá trình sấy khô. Các công nghệ sấy mới như sấy khô có hỗ trợ plasma-và sấy carbon dioxide siêu tới hạn đang dần bước vào lĩnh vực nghiên cứu, công nghệ trước đây thực hiện sấy khô không tiếp xúc thông qua các bề mặt được kích hoạt-plasma và công nghệ sau sử dụng đặc tính chất lỏng siêu tới hạn để đạt được khả năng sấy khô bề mặt-không bị căng-, tránh hình mờ một cách hiệu quả và các vấn đề về tĩnh điện. Đồng thời, các biện pháp bảo vệ môi trường như tối ưu hóa hệ thống tái chế và tái sử dụng rượu isopropyl cũng như phát triển các dung môi thay thế có tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) thấp cũng trở thành trọng tâm của ngành, thúc đẩy sự phát triển của quy trình làm sạch và sấy khô chất bán dẫn theo hướng hiệu quả hơn, xanh hơn và đáng tin cậy hơn.