Theproces czyszczenia płytekjest kluczową częścią produkcji półprzewodników i MEMS. Na każdym etapie produkcji płytki krzemowe muszą być wolne od cząstek, pozostałości organicznych, zanieczyszczeń metalicznych i innych niepożądanych substancji, które mogłyby zagrozić wydajności i wydajności urządzenia.
Wyzwanie nie polega po prostu na usunięciu zanieczyszczeń. Proces czyszczenia musi to zapewnićbez uszkadzania lub zmiany powierzchni lub podłoża płytki.
Podstawowym celem czyszczenia płytek jest ich usunięciezanieczyszczenia chemiczne i cząstki stałezachowując jednocześnie integralność powierzchni płytki.
Powierzchnia musi być wolna od niepożądanych szorstkości, korozji i wżerów. Nawet niewielkie uszkodzenia powierzchni mogą zagrozić kolejnym etapom procesu i zmniejszyć skuteczność samego procesu czyszczenia.
Wydajność wafli jest ściśle powiązana zgęstość defektów, w tym zanieczyszczenie powierzchni i liczbę cząstek. Jednym z najskuteczniejszych sposobów ograniczenia defektów i poprawy wydajności jest wdrożenie wydajnych procesów czyszczenia płytek, umożliwiających spójne usuwanie zanieczyszczeń.
W miarę kurczenia się urządzeń półprzewodnikowych usuwanie coraz mniejszych cząstek staje się coraz większym wyzwaniem i ważniejszym. Cząstki submikronowe mogą być szczególnie trudne do wyeliminowania, ponieważ pomiędzy cząstkami a powierzchnią płytki mogą występować silne siły elektrostatyczne.
To sprawia, że precyzyjne kondycjonowanie powierzchni i kontrola zanieczyszczeń są niezbędne w całym procesie produkcyjnym.
Techniki czyszczenia płytek
Wiele podstawowych środków chemicznych stosowanych do czyszczenia płytek pozostało zasadniczo podobnych w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci. TheProces czyszczenia RCA, która opiera się na połączeniach nadtlenku wodoru, wodorotlenku amonu, kwasu solnego i wody dejonizowanej, pozostaje szeroko stosowanym podejściem.
Znacząco ewoluował sposób, w jaki te środki chemiczne są wdrażane i łączone z nowszymi technologiami czyszczenia, w tymczyszczenie ozonem i czyszczenie megadźwiękowe.
Nowoczesna produkcja układów scalonych obejmuje dużą liczbę ściśle kontrolowanych etapów procesu, w zależności od architektury urządzenia i zastosowania. Większość procesów przeprowadzana jest na całym waflu, zanim zostanie on pokrojony w pojedyncze chipsy.
Etapy czyszczenia i kondycjonowania powierzchni stanowią – w przybliżeniu – znaczną część całego procesu produkcyjnego20% etapów procesuw niektórych schematach produkcyjnych – podkreślając znaczenie czyszczenia płytek zarówno dla stabilności procesu, jak i końcowej wydajności urządzenia.
Pierwotnie opracowany przezFirma RCAproces czyszczenia RCA został zaprojektowany w celu usunięcia zanieczyszczeń z powierzchni płytek krzemowych, w szczególności pozostałości i cząstek organicznych.
Typowy preparat RCA wykorzystuje kombinacjęwoda dejonizowana, nadtlenek wodoru i wodorotlenek amonu. Środek czyszczący jest bardzo skuteczny w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych, tworząc jednocześnie cienką warstwę tlenku na powierzchni krzemu.
W nowoczesnej produkcji półprzewodników proces RCA jest zwykle podzielony na dwa podstawowe etapy czyszczenia:Standardowe czyszczenie 1 (SC1)IStandardowe czyszczenie 2 (SC2).
SC1wykorzystuje rozwiązanie APM — zazwyczaj mieszaninęwodorotlenek amonu, nadtlenek wodoru i woda. Jego podstawową funkcją jest usuwanie pozostałości organicznych i cząstek stałych z powierzchni płytki.
Podczas czyszczenia SC1 na powierzchni płytki może utworzyć się cienka warstwa dwutlenku krzemu. Niektóre zanieczyszczenia metaliczne mogą pozostać i zostać usunięte podczas następnego etapu czyszczenia.
SC2korzysta z rozwiązania HPM, składającego się zazwyczaj zkwas solny, nadtlenek wodoru i woda dejonizowana. Ten etap jest szczególnie skuteczny w usuwaniu pozostałościzanieczyszczenia jonowe i metaliczne, w tym zanieczyszczenia, które mogły zostać wprowadzone lub ujawnione podczas procesu SC1.
SC2 może również pozostawić powierzchnię płytki w stanie pasywowanym chemicznie, pomagając zmniejszyć ryzyko późniejszego zanieczyszczenia.
Razem SC1 i SC2 zapewniają dobrze ustaloną sekwencję czyszczenia, która przygotowuje płytkę krzemową do kolejnych etapów wytwarzania.
Sprzątanie Piranii, znany również jako roztwór Piranha, jest szeroko stosowany, gdy wymagane jest agresywne usuwanie zanieczyszczeń organicznych.
Proces ten jest szczególnie skuteczny w usuwaniufotorezystu i innych uporczywych pozostałości organicznychz powierzchni płytek.
Powszechnie stosowany preparat składa się ztrzy części kwasu siarkowego i jedna część 30% nadtlenku wodoru, chociaż w niektórych przepisach procesowych stosuje się wyższe proporcje kwasu siarkowego, np4:1, a nawet 7:1.
Mieszanina działa jako silny środek utleniający. Usuwa większość materiałów organicznych i może hydroksylować wiele powierzchni płytek, czyniąc ich więcejhydrofilowyi kompatybilny z późniejszą obróbką wodną.
Jednakże skład chemiczny Piranii jest silnie korozyjny i egzotermiczny, dlatego roztwór musi być przygotowany i obsługiwany w ściśle kontrolowanych warunkach procesu.
Czyszczenie Piranii można również przeprowadzić wpodgrzewane zbiorniki kwarcowe, gdzie zarówno temperatura, jak i stężenie środków chemicznych mają bezpośredni wpływ na zachowanie podczas czyszczenia i trawienia.
Z tego powodu precyzyjna kontrola stężenia substancji chemicznych, temperatury, czasu ekspozycji i stanu sprzętu jest niezbędna do utrzymania jednorodności procesu.
Czyszczenie wstępne dyfuzyjnejest jednym z najważniejszych etapów czyszczenia w produkcji płytek krzemowych.
Ten etap czyszczenia można powtórzyć kilka razy podczas produkcji, dlatego wymaga dużej wydajności sprzętu i kontroli procesu. Zwykle wykonuje się to bezpośrednio przed wejściem płytek dopiec dyfuzyjny.
Podstawowym celem jest minimalizacjazanieczyszczenia cząstkami stałymi i metalamiprzy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności i osiągnięciu doskonałej jednorodności trawienia.
W zależności od rodzaju i stężenia zanieczyszczeń można zastosować kombinację agresywnych środków czyszczących, w tym roztwory powiązane z opisanymi powyżej metodami czyszczenia.
Czyszczenie przeddyfuzyjne jest szczególnie ważne, ponieważ zanieczyszczenia pozostające na powierzchni płytki mogą przedostać się do krzemu podczas dyfuzji w wysokiej temperaturze.
Skutkiem takiego zanieczyszczenia może byćnieprzewidywalne właściwości elektryczne, wady urządzeń i obniżona jakość lub wydajność półprzewodników.
Innymi słowy, wafel musi być wyjątkowo czysty, zanim zostanie poddany procesowi dyfuzji w wysokiej temperaturze, ponieważ zanieczyszczenia, które przetrwają etap czyszczenia, mogą później stać się znacznie poważniejszym problemem.
Zakłady produkujące półprzewodniki i laboratoria badawcze wymagają niezwykle rygorystycznych procedur kontroli zanieczyszczeń. Aby osiągnąć wymaganą czystość powierzchni, producenci często łączą siłyczyszczenie mechaniczne, mokre procesy chemiczne i czyszczenie megadźwiękowe o wysokiej częstotliwości.
Czyszczenie megadźwiękowe wykorzystuje energię akustyczną o wysokiej częstotliwości do generowania efektów mechanicznych i kontrolowanej kawitacji w kąpieli czyszczącej.
Mechanizmy te wytwarzają mikroskopijne siły zdolne do usuwania zanieczyszczeń z powierzchni płytki bez polegania wyłącznie na agresywnym kontakcie mechanicznym.
Jedną z głównych zalet czyszczenia megadźwiękowego jest jego zdolność do usuwania obuwarstwy zanieczyszczeń i cząstki submikronowe, jednocześnie potencjalnie zmniejszając zależność od kosztownych lub wysoce agresywnych zabiegów chemicznych.
W miarę zmniejszania się wymiarów urządzeń technologia megadźwiękowa staje się coraz bardziej cenna w usuwaniu bardzo małych cząstek przy jednoczesnym zachowaniu integralności powierzchni płytki.
Czyszczenie ozonemto kolejne zaawansowane podejście do przygotowania powierzchni płytek i usuwania zanieczyszczeń organicznych.
W porównaniu z niektórymi konwencjonalnymi metodami czyszczenia, procesy oparte na ozonie mogą zapewnić szybszy i potencjalnie bardziej opłacalny sposób czyszczenia lub usuwania powierzchni płytek.
Zaawansowane systemy czyszczenia ozonem mogą zmniejszyć użycie kosztownych odczynników chemicznych, poprawiając jednocześnie wydajność procesu i redukując niepożądane dla środowiska strumienie odpadów.
W typowym procesiewoda dejonizowana (DI).jest stosowany podczas płukania i suszenia płytek w celu usunięcia zanieczyszczeń nieorganicznych, zanim płytka trafi do komory obróbki ozonem.
Ozon następnie reaguje z resztkowymi materiałami organicznymi i utlenia je, głównie do prostszych produktówdwutlenek węgla i wodę.
Rezultatem jest powierzchnia płytki o znacznie obniżonym poziomiecząstki stałe, śladowe zanieczyszczenia organiczne i resztkową wilgoć, przy jednoczesnym zachowaniu stabilnego hydrofilowego stanu powierzchni.
To połączenie skutecznego usuwania substancji organicznych, zmniejszonego zużycia środków chemicznych i lepszej ochrony środowiska sprawia, że czyszczenie ozonem staje się coraz bardziej atrakcyjną opcją w zaawansowanych zastosowaniach związanych z przetwarzaniem płytek.
Czyszczenie płytek jest często traktowane jako proces wspomagający, jednak jego wpływ rozciąga się na cały cykl produkcyjny półprzewodników.
Źle kontrolowany etap czyszczenia może spowodować defekty powierzchni, pozostawić cząstki lub metale, zmienić skład chemiczny powierzchni lub wpłynąć na konsystencję kolejnych procesów. W miarę zmniejszania się geometrii urządzeń tolerancja tych defektów staje się coraz bardziej ograniczona.
Dlatego nowoczesne czyszczenie płytek nie polega już tylko na „czystości” płytek.
Chodzi o osiągnięcieprecyzyjna kontrola zanieczyszczeń przy jednoczesnym zachowaniu integralności powierzchni, jednolitości procesu i powtarzalności.
Od tradycyjnego czyszczenia RCA i Piranha po SC1/SC2, czyszczenie przeddyfuzyjne, systemy megadźwiękowe i procesy oparte na ozonie, każda technika jest odpowiedzią na inne wyzwanie związane z zanieczyszczeniem.
Najbardziej skuteczna strategia czyszczenia płytek ostatecznie zależy odrodzaj zanieczyszczenia, materiał waflowy, etap procesu, stan powierzchni, zgodność chemiczna, temperatura i wymagany poziom czystości.
Dla producentów półprzewodników i MEMS wybór właściwej technologii czyszczenia – i kontrolowanie każdego parametru tego procesu – ma kluczowe znaczenie dla utrzymania jakości płytek i osiągnięcia stałej wydajności produkcyjnej.
Theproces czyszczenia płytekjest kluczową częścią produkcji półprzewodników i MEMS. Na każdym etapie produkcji płytki krzemowe muszą być wolne od cząstek, pozostałości organicznych, zanieczyszczeń metalicznych i innych niepożądanych substancji, które mogłyby zagrozić wydajności i wydajności urządzenia.
Wyzwanie nie polega po prostu na usunięciu zanieczyszczeń. Proces czyszczenia musi to zapewnićbez uszkadzania lub zmiany powierzchni lub podłoża płytki.
Podstawowym celem czyszczenia płytek jest ich usunięciezanieczyszczenia chemiczne i cząstki stałezachowując jednocześnie integralność powierzchni płytki.
Powierzchnia musi być wolna od niepożądanych szorstkości, korozji i wżerów. Nawet niewielkie uszkodzenia powierzchni mogą zagrozić kolejnym etapom procesu i zmniejszyć skuteczność samego procesu czyszczenia.
Wydajność wafli jest ściśle powiązana zgęstość defektów, w tym zanieczyszczenie powierzchni i liczbę cząstek. Jednym z najskuteczniejszych sposobów ograniczenia defektów i poprawy wydajności jest wdrożenie wydajnych procesów czyszczenia płytek, umożliwiających spójne usuwanie zanieczyszczeń.
W miarę kurczenia się urządzeń półprzewodnikowych usuwanie coraz mniejszych cząstek staje się coraz większym wyzwaniem i ważniejszym. Cząstki submikronowe mogą być szczególnie trudne do wyeliminowania, ponieważ pomiędzy cząstkami a powierzchnią płytki mogą występować silne siły elektrostatyczne.
To sprawia, że precyzyjne kondycjonowanie powierzchni i kontrola zanieczyszczeń są niezbędne w całym procesie produkcyjnym.
Techniki czyszczenia płytek
Wiele podstawowych środków chemicznych stosowanych do czyszczenia płytek pozostało zasadniczo podobnych w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci. TheProces czyszczenia RCA, która opiera się na połączeniach nadtlenku wodoru, wodorotlenku amonu, kwasu solnego i wody dejonizowanej, pozostaje szeroko stosowanym podejściem.
Znacząco ewoluował sposób, w jaki te środki chemiczne są wdrażane i łączone z nowszymi technologiami czyszczenia, w tymczyszczenie ozonem i czyszczenie megadźwiękowe.
Nowoczesna produkcja układów scalonych obejmuje dużą liczbę ściśle kontrolowanych etapów procesu, w zależności od architektury urządzenia i zastosowania. Większość procesów przeprowadzana jest na całym waflu, zanim zostanie on pokrojony w pojedyncze chipsy.
Etapy czyszczenia i kondycjonowania powierzchni stanowią – w przybliżeniu – znaczną część całego procesu produkcyjnego20% etapów procesuw niektórych schematach produkcyjnych – podkreślając znaczenie czyszczenia płytek zarówno dla stabilności procesu, jak i końcowej wydajności urządzenia.
Pierwotnie opracowany przezFirma RCAproces czyszczenia RCA został zaprojektowany w celu usunięcia zanieczyszczeń z powierzchni płytek krzemowych, w szczególności pozostałości i cząstek organicznych.
Typowy preparat RCA wykorzystuje kombinacjęwoda dejonizowana, nadtlenek wodoru i wodorotlenek amonu. Środek czyszczący jest bardzo skuteczny w usuwaniu zanieczyszczeń organicznych, tworząc jednocześnie cienką warstwę tlenku na powierzchni krzemu.
W nowoczesnej produkcji półprzewodników proces RCA jest zwykle podzielony na dwa podstawowe etapy czyszczenia:Standardowe czyszczenie 1 (SC1)IStandardowe czyszczenie 2 (SC2).
SC1wykorzystuje rozwiązanie APM — zazwyczaj mieszaninęwodorotlenek amonu, nadtlenek wodoru i woda. Jego podstawową funkcją jest usuwanie pozostałości organicznych i cząstek stałych z powierzchni płytki.
Podczas czyszczenia SC1 na powierzchni płytki może utworzyć się cienka warstwa dwutlenku krzemu. Niektóre zanieczyszczenia metaliczne mogą pozostać i zostać usunięte podczas następnego etapu czyszczenia.
SC2korzysta z rozwiązania HPM, składającego się zazwyczaj zkwas solny, nadtlenek wodoru i woda dejonizowana. Ten etap jest szczególnie skuteczny w usuwaniu pozostałościzanieczyszczenia jonowe i metaliczne, w tym zanieczyszczenia, które mogły zostać wprowadzone lub ujawnione podczas procesu SC1.
SC2 może również pozostawić powierzchnię płytki w stanie pasywowanym chemicznie, pomagając zmniejszyć ryzyko późniejszego zanieczyszczenia.
Razem SC1 i SC2 zapewniają dobrze ustaloną sekwencję czyszczenia, która przygotowuje płytkę krzemową do kolejnych etapów wytwarzania.
Sprzątanie Piranii, znany również jako roztwór Piranha, jest szeroko stosowany, gdy wymagane jest agresywne usuwanie zanieczyszczeń organicznych.
Proces ten jest szczególnie skuteczny w usuwaniufotorezystu i innych uporczywych pozostałości organicznychz powierzchni płytek.
Powszechnie stosowany preparat składa się ztrzy części kwasu siarkowego i jedna część 30% nadtlenku wodoru, chociaż w niektórych przepisach procesowych stosuje się wyższe proporcje kwasu siarkowego, np4:1, a nawet 7:1.
Mieszanina działa jako silny środek utleniający. Usuwa większość materiałów organicznych i może hydroksylować wiele powierzchni płytek, czyniąc ich więcejhydrofilowyi kompatybilny z późniejszą obróbką wodną.
Jednakże skład chemiczny Piranii jest silnie korozyjny i egzotermiczny, dlatego roztwór musi być przygotowany i obsługiwany w ściśle kontrolowanych warunkach procesu.
Czyszczenie Piranii można również przeprowadzić wpodgrzewane zbiorniki kwarcowe, gdzie zarówno temperatura, jak i stężenie środków chemicznych mają bezpośredni wpływ na zachowanie podczas czyszczenia i trawienia.
Z tego powodu precyzyjna kontrola stężenia substancji chemicznych, temperatury, czasu ekspozycji i stanu sprzętu jest niezbędna do utrzymania jednorodności procesu.
Czyszczenie wstępne dyfuzyjnejest jednym z najważniejszych etapów czyszczenia w produkcji płytek krzemowych.
Ten etap czyszczenia można powtórzyć kilka razy podczas produkcji, dlatego wymaga dużej wydajności sprzętu i kontroli procesu. Zwykle wykonuje się to bezpośrednio przed wejściem płytek dopiec dyfuzyjny.
Podstawowym celem jest minimalizacjazanieczyszczenia cząstkami stałymi i metalamiprzy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności i osiągnięciu doskonałej jednorodności trawienia.
W zależności od rodzaju i stężenia zanieczyszczeń można zastosować kombinację agresywnych środków czyszczących, w tym roztwory powiązane z opisanymi powyżej metodami czyszczenia.
Czyszczenie przeddyfuzyjne jest szczególnie ważne, ponieważ zanieczyszczenia pozostające na powierzchni płytki mogą przedostać się do krzemu podczas dyfuzji w wysokiej temperaturze.
Skutkiem takiego zanieczyszczenia może byćnieprzewidywalne właściwości elektryczne, wady urządzeń i obniżona jakość lub wydajność półprzewodników.
Innymi słowy, wafel musi być wyjątkowo czysty, zanim zostanie poddany procesowi dyfuzji w wysokiej temperaturze, ponieważ zanieczyszczenia, które przetrwają etap czyszczenia, mogą później stać się znacznie poważniejszym problemem.
Zakłady produkujące półprzewodniki i laboratoria badawcze wymagają niezwykle rygorystycznych procedur kontroli zanieczyszczeń. Aby osiągnąć wymaganą czystość powierzchni, producenci często łączą siłyczyszczenie mechaniczne, mokre procesy chemiczne i czyszczenie megadźwiękowe o wysokiej częstotliwości.
Czyszczenie megadźwiękowe wykorzystuje energię akustyczną o wysokiej częstotliwości do generowania efektów mechanicznych i kontrolowanej kawitacji w kąpieli czyszczącej.
Mechanizmy te wytwarzają mikroskopijne siły zdolne do usuwania zanieczyszczeń z powierzchni płytki bez polegania wyłącznie na agresywnym kontakcie mechanicznym.
Jedną z głównych zalet czyszczenia megadźwiękowego jest jego zdolność do usuwania obuwarstwy zanieczyszczeń i cząstki submikronowe, jednocześnie potencjalnie zmniejszając zależność od kosztownych lub wysoce agresywnych zabiegów chemicznych.
W miarę zmniejszania się wymiarów urządzeń technologia megadźwiękowa staje się coraz bardziej cenna w usuwaniu bardzo małych cząstek przy jednoczesnym zachowaniu integralności powierzchni płytki.
Czyszczenie ozonemto kolejne zaawansowane podejście do przygotowania powierzchni płytek i usuwania zanieczyszczeń organicznych.
W porównaniu z niektórymi konwencjonalnymi metodami czyszczenia, procesy oparte na ozonie mogą zapewnić szybszy i potencjalnie bardziej opłacalny sposób czyszczenia lub usuwania powierzchni płytek.
Zaawansowane systemy czyszczenia ozonem mogą zmniejszyć użycie kosztownych odczynników chemicznych, poprawiając jednocześnie wydajność procesu i redukując niepożądane dla środowiska strumienie odpadów.
W typowym procesiewoda dejonizowana (DI).jest stosowany podczas płukania i suszenia płytek w celu usunięcia zanieczyszczeń nieorganicznych, zanim płytka trafi do komory obróbki ozonem.
Ozon następnie reaguje z resztkowymi materiałami organicznymi i utlenia je, głównie do prostszych produktówdwutlenek węgla i wodę.
Rezultatem jest powierzchnia płytki o znacznie obniżonym poziomiecząstki stałe, śladowe zanieczyszczenia organiczne i resztkową wilgoć, przy jednoczesnym zachowaniu stabilnego hydrofilowego stanu powierzchni.
To połączenie skutecznego usuwania substancji organicznych, zmniejszonego zużycia środków chemicznych i lepszej ochrony środowiska sprawia, że czyszczenie ozonem staje się coraz bardziej atrakcyjną opcją w zaawansowanych zastosowaniach związanych z przetwarzaniem płytek.
Czyszczenie płytek jest często traktowane jako proces wspomagający, jednak jego wpływ rozciąga się na cały cykl produkcyjny półprzewodników.
Źle kontrolowany etap czyszczenia może spowodować defekty powierzchni, pozostawić cząstki lub metale, zmienić skład chemiczny powierzchni lub wpłynąć na konsystencję kolejnych procesów. W miarę zmniejszania się geometrii urządzeń tolerancja tych defektów staje się coraz bardziej ograniczona.
Dlatego nowoczesne czyszczenie płytek nie polega już tylko na „czystości” płytek.
Chodzi o osiągnięcieprecyzyjna kontrola zanieczyszczeń przy jednoczesnym zachowaniu integralności powierzchni, jednolitości procesu i powtarzalności.
Od tradycyjnego czyszczenia RCA i Piranha po SC1/SC2, czyszczenie przeddyfuzyjne, systemy megadźwiękowe i procesy oparte na ozonie, każda technika jest odpowiedzią na inne wyzwanie związane z zanieczyszczeniem.
Najbardziej skuteczna strategia czyszczenia płytek ostatecznie zależy odrodzaj zanieczyszczenia, materiał waflowy, etap procesu, stan powierzchni, zgodność chemiczna, temperatura i wymagany poziom czystości.
Dla producentów półprzewodników i MEMS wybór właściwej technologii czyszczenia – i kontrolowanie każdego parametru tego procesu – ma kluczowe znaczenie dla utrzymania jakości płytek i osiągnięcia stałej wydajności produkcyjnej.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski