รายละเอียดบล็อก

จากพื้นฐานวัสดุสู่กลยุทธ์การทำความสะอาดที่ขับเคลื่อนด้วยกระบวนการ

แม้ว่าเวเฟอร์ซิลิคอนและเวเฟอร์แก้วจะมีเป้าหมายร่วมกันคือการ “ทำความสะอาด” แต่ความท้าทายและรูปแบบความล้มเหลวที่เผชิญนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ความแตกต่างเหล่านี้เกิดขึ้นจาก:

• คุณสมบัติของวัสดุโดยธรรมชาติของซิลิคอนและแก้ว

• ข้อกำหนดเฉพาะที่แตกต่างกัน

• “ปรัชญา” การทำความสะอาดที่แตกต่างกันมากซึ่งขับเคลื่อนโดยการใช้งานปลายทาง

ก่อนที่จะเปรียบเทียบกระบวนการ เราจำเป็นต้องถามว่า:เรากำลังทำความสะอาดอะไรกันแน่ และมีสารปนเปื้อนอะไรบ้าง?

เรากำลังทำความสะอาดอะไร? สี่ประเภทหลักของสารปนเปื้อน

สารปนเปื้อนบนพื้นผิวเวเฟอร์สามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลักๆ ได้แก่:

1. สารปนเปื้อนจากอนุภาค

ตัวอย่าง: ฝุ่นละออง อนุภาคโลหะ อนุภาคอินทรีย์ อนุภาคขัดสีจาก CMP เป็นต้น

ผลกระทบ:

• อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องของรูปแบบ

• นำไปสู่การลัดวงจรหรือวงจรเปิดในโครงสร้างสารกึ่งตัวนำ

2. สารปนเปื้อนอินทรีย์

ตัวอย่าง: สารตกค้างจากโฟโตรีซิสต์ สารเติมแต่งเรซิน น้ำมันจากผิวหนัง สารตกค้างจากตัวทำละลาย เป็นต้น

ผลกระทบ:

• สามารถทำหน้าที่เป็น “หน้ากาก” ขัดขวางการกัดหรือการปลูกถ่ายไอออน

• ลดการยึดเกาะของฟิล์มบางที่ตามมา

3. สารปนเปื้อนไอออนโลหะ

ตัวอย่าง: Fe, Cu, Na, K, Ca เป็นต้น ซึ่งมีต้นกำเนิดส่วนใหญ่มาจากอุปกรณ์ สารเคมี และการสัมผัสของมนุษย์

ผลกระทบ:

• ในสารกึ่งตัวนำ: ไอออนโลหะเป็นสารปนเปื้อน “นักฆ่า” พวกมันแนะนำระดับพลังงานในช่องว่างแถบพลังงาน เพิ่มกระแสไฟรั่ว ลดอายุการใช้งานของตัวพา และทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเสื่อมลงอย่างรุนแรง

• บนแก้ว: พวกมันสามารถทำให้คุณภาพและการยึดเกาะของฟิล์มบางบกพร่อง

4. ชั้นออกไซด์ดั้งเดิมหรือชั้นที่ปรับเปลี่ยนพื้นผิว

• เวเฟอร์ซิลิคอนช่วยเพิ่มการกำจัดอนุภาคระดับนาโนสเกลอย่างมาก
  ชั้นซิลิคอนไดออกไซด์บางๆ (SiO₂) (ออกไซด์ดั้งเดิม) ก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติในอากาศ ความหนาและความสม่ำเสมอควบคุมได้ยาก และต้องกำจัดออกให้หมดเมื่อผลิตโครงสร้างที่สำคัญ เช่น เกตออกไซด์

• เวเฟอร์แก้วช่วยเพิ่มการกำจัดอนุภาคระดับนาโนสเกลอย่างมาก
  แก้วเป็นเครือข่ายซิลิกาในตัว ดังนั้นจึงไม่มี “ชั้นออกไซด์ดั้งเดิม” แยกต่างหากที่จะลอกออก อย่างไรก็ตาม พื้นผิวสามารถปรับเปลี่ยนหรือปนเปื้อนได้ ทำให้เกิดชั้นที่ยังคงต้องกำจัดหรือรีเฟรช

I. เป้าหมายหลัก: ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเทียบกับความสมบูรณ์แบบทางกายภาพ

เวเฟอร์ซิลิคอน

คือ เป้าหมายหลักของการทำความสะอาดคือการรับประกัน ประสิทธิภาพทางไฟฟ้ากลยุทธ์หลัก: RCA เจือจางและปรับให้เหมาะสมสำหรับแก้ว

ข้อกำหนดทั่วไป ได้แก่:

• จำนวนและขนาดอนุภาคที่ต่ำมาก (เช่น การกำจัดอนุภาค ≥ 0.1 μm อย่างมีประสิทธิภาพ)

• ความเข้มข้นของไอออนโลหะต่ำมาก (เช่น Fe, Cu ≤ 10¹⁰ อะตอม/ซม.² หรือต่ำกว่า)

• ระดับสารตกค้างอินทรีย์ต่ำมาก

แม้แต่การปนเปื้อนเล็กน้อยก็อาจนำไปสู่:

• การลัดวงจรหรือวงจรเปิด

• กระแสไฟรั่วไหลเพิ่มขึ้น

• ความล้มเหลวของความสมบูรณ์ของเกตออกไซด์

เวเฟอร์แก้ว

ในฐานะที่เป็นพื้นผิว เวเฟอร์แก้วจะเน้นที่ ความสมบูรณ์ทางกายภาพและความเสถียรทางเคมีกลยุทธ์หลัก: RCA เจือจางและปรับให้เหมาะสมสำหรับแก้ว

ข้อกำหนดหลักเน้นที่:

• ไม่มีรอยขีดข่วนหรือคราบที่ไม่สามารถลบออกได้

• การรักษาความหยาบและรูปทรงเรขาคณิตของพื้นผิวดั้งเดิม

• ความสะอาดของภาพและพื้นผิวที่เสถียรสำหรับกระบวนการที่ตามมา (เช่น การเคลือบ การสะสมฟิล์มบาง)

กล่าวอีกนัยหนึ่ง การทำความสะอาดซิลิคอนนั้นขับเคลื่อนด้วยประสิทธิภาพ ในขณะที่ การทำความสะอาดแก้วนั้นขับเคลื่อนด้วยรูปลักษณ์และความสมบูรณ์—เว้นแต่แก้วจะถูกผลักดันให้ใช้งานในระดับสารกึ่งตัวนำ

II. ธรรมชาติของวัสดุ: ผลึกเทียบกับอสัณฐาน

ซิลิคอน

• วัสดุผลึก

• เติบโตตามธรรมชาติเป็นชั้นออกไซด์ดั้งเดิมของ SiO₂ ที่ไม่สม่ำเสมอ

• ออกไซด์นี้อาจคุกคามประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและมักจะต้องถูก กำจัดออกอย่างสม่ำเสมอและสมบูรณ์ ในขั้นตอนกระบวนการที่สำคัญ

แก้ว

• เครือข่ายซิลิกาอสัณฐาน

• องค์ประกอบจำนวนมากคล้ายกับชั้นซิลิคอนออกไซด์บนซิลิคอน

• ไวต่อ:

  • การกัดอย่างรวดเร็วใน HF

  • การกัดเซาะโดยด่างแก่ ซึ่งอาจเพิ่มความหยาบของพื้นผิวหรือทำให้รูปทรงเรขาคณิตบิดเบือน

ผลที่ตามมา:

• การทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอนสามารถทนต่อ การกัดแบบควบคุมและเบา เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนและออกไซด์ดั้งเดิม

• การทำความสะอาดเวเฟอร์แก้วต้อง อ่อนโยนกว่ามาก ลดการโจมตีบนพื้นผิวเอง

III. ปรัชญากระบวนการ: กลยุทธ์การทำความสะอาดแตกต่างกันอย่างไร

การเปรียบเทียบระดับสูง

IV. การเปรียบเทียบสารละลายทำความสะอาดทั่วไป

การทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอน

วัตถุประสงค์ในการทำความสะอาด:
การกำจัดอย่างละเอียด:

• สารปนเปื้อนอินทรีย์

• อนุภาค

• ไอออนโลหะ

• ออกไซด์ดั้งเดิม (เมื่อจำเป็นตามกระบวนการ)

กระบวนการทั่วไป: การทำความสะอาดแบบ RCA มาตรฐาน

• SPM (H₂SO₄/H₂O₂)
  กำจัดสารอินทรีย์หนักและสารตกค้างจากโฟโตรีซิสต์ผ่านการออกซิเดชันที่แข็งแกร่ง

• SC1 (NH₄OH/H₂O₂/H₂O)
  สารละลายด่างที่กำจัดอนุภาคผ่านการรวมกันของการยกออก การกัดขนาดเล็ก และผลกระทบทางไฟฟ้าสถิต

• DHF (เจือจาง HF)
  กำจัดออกไซด์ดั้งเดิมและสารปนเปื้อนโลหะบางชนิด

• SC2 (HCl/H₂O₂/H₂O)
  กำจัดไอออนโลหะผ่านการสร้างคอมเพล็กซ์และการออกซิเดชัน

สารเคมีหลัก:

• กรดแก่ (H₂SO₄, HCl)

• สารออกซิไดซ์แก่ (H₂O₂, โอโซน)

• สารละลายด่าง (NH₄OH เป็นต้น)

ความช่วยเหลือทางกายภาพและการอบแห้ง:

• การทำความสะอาดแบบเมกะโซนิกเพื่อการกำจัดอนุภาคที่มีประสิทธิภาพและอ่อนโยน

• การล้างด้วยน้ำ DI บริสุทธิ์สูง

• การอบแห้งด้วยไอ Marangoni / IPA เพื่อลดการก่อตัวของลายน้ำ

การทำความสะอาดเวเฟอร์แก้ว

วัตถุประสงค์ในการทำความสะอาด:
การกำจัดสารปนเปื้อนแบบเลือกสรรในขณะที่ ปกป้องพื้นผิวแก้ว และรักษา:

• ความหยาบของพื้นผิว

• รูปทรงเรขาคณิตและความเรียบ

• คุณภาพพื้นผิวทางแสงหรือการทำงาน

ลักษณะการไหลของการทำความสะอาด:

1. น้ำยาทำความสะอาดชนิดอ่อนเป็นด่างพร้อมสารลดแรงตึงผิว

   • กำจัดสารอินทรีย์ (น้ำมัน รอยนิ้วมือ) และอนุภาคโดยการทำให้เป็นอิมัลชันและการกระจายตัว

2. น้ำยาทำความสะอาดที่เป็นกรดหรือเป็นกลาง (ถ้าจำเป็น)

   • กำหนดเป้าหมายไอออนโลหะและสารปนเปื้อนอนินทรีย์เฉพาะ โดยใช้สารคีเลตและกรดอ่อนๆ

3. หลีกเลี่ยง HF อย่างเคร่งครัด ตลอดกระบวนการเพื่อป้องกันความเสียหายของพื้นผิว

สารเคมีหลัก:

• สารทำความสะอาดชนิดอ่อนเป็นด่างพร้อม:

  • สารลดแรงตึงผิว (เช่น อีเทอร์อัลคิลโพลีออกซีเอทิลีน)

  • สารคีเลตโลหะ (เช่น HEDP)

  • สารช่วยทำความสะอาดอินทรีย์

ความช่วยเหลือทางกายภาพและการอบแห้ง:

• การทำความสะอาดแบบอัลตราโซนิกและ/หรือเมกะโซนิก

• การล้างน้ำบริสุทธิ์หลายครั้ง

• การอบแห้งอย่างอ่อนโยน (การยกออกอย่างช้าๆ การอบแห้งด้วยไอ IPA เป็นต้น)

V. การทำความสะอาดเวเฟอร์แก้วในทางปฏิบัติ

ในโรงงานแปรรูปแก้วส่วนใหญ่ในปัจจุบัน กระบวนการทำความสะอาดจะถูก ออกแบบโดยคำนึงถึงความเปราะบางและเคมีของแก้ว ดังนั้นจึงต้องพึ่งพาน้ำยาทำความสะอาดชนิดอ่อนเป็นด่างพิเศษ

ลักษณะของสารทำความสะอาด

• pH โดยทั่วไปประมาณ 8–9

• ประกอบด้วย:

  • สารลดแรงตึงผิวเพื่อทำให้เป็นอิมัลชันและขจัดน้ำมันและรอยนิ้วมือ

  • สารคีเลตเพื่อจับไอออนโลหะ

  • สารเติมแต่งอินทรีย์เพื่อเพิ่มพลังการทำความสะอาด

• ได้รับการกำหนดสูตรให้ กัดกร่อนพื้นผิวแก้วน้อยที่สุดการไหลของกระบวนการ

ทำความสะอาดใน

1. อ่างอาบน้ำชนิดอ่อนเป็นด่าง (ความเข้มข้นที่ควบคุม)ทำงานที่อุณหภูมิห้องสูงถึง ~60 °C

2. ใช้

3. SC2 ที่เจือจาง เพื่อเพิ่มการกำจัดสารปนเปื้อนทำการ

4. ล้างน้ำบริสุทธิ์หลายครั้งใช้การอบแห้งอย่างอ่อนโยน (เช่น การยกอย่างช้าๆ จากอ่างอาบน้ำ การอบแห้งด้วยไอ IPA)

5. การไหลนี้เป็นไปตาม

ความสะอาดของภาพ และทั่วไป ความสะอาดของพื้นผิว ข้อกำหนดสำหรับการใช้งานเวเฟอร์แก้วมาตรฐานVI. การทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอนในกระบวนการผลิตสารกึ่งตัวนำ

สำหรับการผลิตสารกึ่งตัวนำ เวเฟอร์ซิลิคอนมักใช้

การทำความสะอาดแบบ RCA มาตรฐาน เป็นกระบวนการหลักสามารถจัดการกับ

• สารปนเปื้อนทั้งสี่ประเภท อย่างเป็นระบบให้

• ระดับอนุภาค อินทรีย์ และไอออนโลหะต่ำมาก ที่จำเป็นสำหรับประสิทธิภาพของอุปกรณ์ขั้นสูงเข้ากันได้กับการรวมเข้ากับขั้นตอนกระบวนการที่ซับซ้อน (การก่อตัวของเกตสแต็ก เกตโลหะ/k สูง เป็นต้น)

• VII. เมื่อแก้วต้องเป็นไปตามความสะอาดระดับสารกึ่งตัวนำ

เมื่อเวเฟอร์แก้วย้ายไปสู่

การใช้งานระดับไฮเอนด์—ตัวอย่างเช่น:เป็นพื้นผิวในกระบวนการสารกึ่งตัวนำ

• เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการสะสมฟิล์มบางคุณภาพสูง

• —แนวทางการทำความสะอาดแบบอ่อนเป็นด่างแบบดั้งเดิมอาจไม่เพียงพออีกต่อไป ในกรณีดังกล่าว

แนวคิดการทำความสะอาดสารกึ่งตัวนำจะถูกนำมาปรับใช้ กับแก้ว นำไปสู่ กลยุทธ์แบบ RCA ที่ปรับเปลี่ยน.กลยุทธ์หลัก: RCA เจือจางและปรับให้เหมาะสมสำหรับแก้ว

การกำจัดสารอินทรีย์

• ใช้ SPM หรือสารละลายออกซิไดซ์ที่อ่อนกว่า เช่น น้ำที่มีโอโซน เพื่อสลายสารปนเปื้อนอินทรีย์
  การกำจัดอนุภาค

• ใช้
  SC1 ที่เจือจางมาก ที่ อุณหภูมิต่ำกว่า และ ระยะเวลาการรักษาที่สั้นกว่า โดยใช้ประโยชน์จาก:การผลักกันทางไฟฟ้าสถิต

  • การกัดขนาดเล็กอย่างอ่อนโยน

  • ในขณะที่ลดการโจมตีบนพื้นผิวแก้ว
    การกำจัดไอออนโลหะ

• ใช้
  SC2 ที่เจือจาง หรือสูตร HCl/HNO₃ ที่เจือจางง่ายกว่า เพื่อคีเลตและกำจัดไอออนโลหะข้อห้ามอย่างเข้มงวดของ HF/DHF

• ขั้นตอนที่ใช้ HF จะต้องหลีกเลี่ยงอย่างเด็ดขาดเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของแก้วและความหยาบของพื้นผิว
  ตลอดกระบวนการที่ปรับเปลี่ยนนี้ การใช้

เทคโนโลยีเมกะโซนิก:ช่วยเพิ่มการกำจัดอนุภาคระดับนาโนสเกลอย่างมาก

• ยังคงอ่อนโยนพอที่จะปกป้องพื้นผิวแก้ว

• บทสรุป

กระบวนการทำความสะอาดสำหรับเวเฟอร์ซิลิคอนและแก้วนั้นโดยพื้นฐานแล้ว

วิศวกรรมย้อนกลับจากข้อกำหนดการใช้งานปลายทาง คุณสมบัติของวัสดุ และพฤติกรรมทางเคมีกายภาพการทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอน

• ดำเนินการ “ความสะอาดระดับอะตอม” เพื่อสนับสนุนประสิทธิภาพทางไฟฟ้าการทำความสะอาดเวเฟอร์แก้ว

• ให้ความสำคัญกับ “พื้นผิวที่สมบูรณ์แบบและไม่เสียหาย” พร้อมคุณสมบัติทางกายภาพและแสงที่เสถียรเนื่องจากเวเฟอร์แก้วถูกนำมาใช้มากขึ้นในสารกึ่งตัวนำและการใช้งานบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง ข้อกำหนดในการทำความสะอาดจะเข้มงวดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การทำความสะอาดแก้วแบบอ่อนเป็นด่างแบบดั้งเดิมจะพัฒนาไปสู่

โซลูชันที่ปรับแต่งและปรับแต่งเพิ่มเติม เช่น กระบวนการแบบ RCA ที่ปรับเปลี่ยน เพื่อให้ได้ความสะอาดในระดับที่สูงขึ้นโดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของพื้นผิวแก้ว