หลักการ กระบวนการ วิธีการ และอุปกรณ์สำหรับการทำความสะอาดเวเฟอร์

รูปภาพ: การเปรียบเทียบระหว่างการทำความสะอาดแบบแบทช์และแบบเวเฟอร์เดี่ยว

กระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์โดยทั่วไปประกอบด้วยขั้นตอนหลักดังต่อไปนี้:

1. การทำความสะอาดเบื้องต้น (Pre-Clean)

วัตถุประสงค์ของการทำความสะอาดเบื้องต้นคือการกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่หลวมและอนุภาคขนาดใหญ่ออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ ซึ่งโดยทั่วไปทำได้โดยการล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน (DI Water) และการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง น้ำปราศจากไอออนสามารถกำจัดอนุภาคและสิ่งเจือปนที่ละลายอยู่ในน้ำออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ได้ในระยะแรก ในขณะที่การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงใช้ปรากฏการณ์คาวิเทชั่นเพื่อทำลายพันธะระหว่างอนุภาคและพื้นผิวเวเฟอร์ ทำให้ง่ายต่อการขจัดออก

2. การทำความสะอาดด้วยสารเคมี

การทำความสะอาดทางเคมีเป็นหนึ่งในขั้นตอนหลักของกระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์ โดยใช้สารเคมีเพื่อกำจัดวัสดุอินทรีย์ ไอออนของโลหะ และออกไซด์ออกจากพื้นผิวเวเฟอร์

การกำจัดสารอินทรีย์: โดยทั่วไป จะใช้อะซิโตนหรือส่วนผสมแอมโมเนีย/เปอร์ออกไซด์ (SC-1) เพื่อละลายและออกซิไดซ์สารปนเปื้อนอินทรีย์ อัตราส่วนทั่วไปของสารละลาย SC-1 คือ NH₄OH

₂O₂

₂O = 1:1:5 โดยมีอุณหภูมิการทำงานประมาณ 20°C

การกำจัดไอออนโลหะ: กรดไนตริกหรือกรดไฮโดรคลอริก/ส่วนผสมเปอร์ออกไซด์ (SC-2) ใช้เพื่อกำจัดไอออนโลหะออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ อัตราส่วนทั่วไปของสารละลาย SC-2 คือ HCl

₂O₂

₂O = 1:1:6 โดยรักษาอุณหภูมิไว้ที่ประมาณ 80°C

การกำจัดออกไซด์: ในบางกระบวนการ จำเป็นต้องกำจัดชั้นออกไซด์ดั้งเดิมออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ ซึ่งใช้สารละลายกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) อัตราส่วนทั่วไปของสารละลาย HF คือ HF

₂O = 1:50 และสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิห้อง

3. การทำความสะอาดครั้งสุดท้าย

หลังจากการทำความสะอาดด้วยสารเคมีแล้ว เวเฟอร์มักจะต้องผ่านขั้นตอนการทำความสะอาดขั้นสุดท้ายเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสารเคมีตกค้างบนพื้นผิว การทำความสะอาดขั้นสุดท้ายส่วนใหญ่ใช้น้ำปราศจากไอออนเพื่อล้างให้สะอาดหมดจด นอกจากนี้ การทำความสะอาดด้วยน้ำโอโซน (O₃/H₂O) ยังใช้เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่เหลืออยู่บนพื้นผิวเวเฟอร์อีกด้วย

4. การทำให้แห้ง

เวเฟอร์ที่ทำความสะอาดแล้วต้องทำให้แห้งอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันรอยน้ำหรือการปนเปื้อนกลับมาเกาะติด วิธีการอบแห้งที่นิยมใช้กัน ได้แก่ การปั่นแห้งและการเป่าด้วยไนโตรเจน การปั่นแห้งแบบแรกจะขจัดความชื้นออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ด้วยการปั่นด้วยความเร็วสูง ในขณะที่การเป่าด้วยไนโตรเจนจะทำให้พื้นผิวเวเฟอร์แห้งสนิท

สารปนเปื้อน

ชื่อขั้นตอนการทำความสะอาด

คำอธิบายส่วนผสมทางเคมี

สารเคมี

อนุภาค	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟิวริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	เอสซี-1 (เอพีเอ็ม)	แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
โลหะ (ไม่ใช่ทองแดง)	เอสซี-2 (เอชพีเอ็ม)	กรดไฮโดรคลอริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	ไฮโดรคลอไรด์/H2O2/H2O1:1:6; 85°C
	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟิวริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C
	ดีเอชเอฟ	กรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง/น้ำ DI (จะไม่ขจัดทองแดงออก)	HF/H2O1:50
ออร์แกนิกส์	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟิวริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	เอสซี-1 (เอพีเอ็ม)	แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	ไดโอ3	โอโซนในน้ำดีไอออนไนซ์	ส่วนผสมที่ปรับให้เหมาะสมของ O3/H2O
ออกไซด์พื้นเมือง	ดีเอชเอฟ	กรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง/น้ำ DI	HF/H2O 1:100
	บีเอชเอฟ	กรดไฮโดรฟลูออริกบัฟเฟอร์	NH4F/HF/H2O

3. วิธีการทำความสะอาดเวเฟอร์ทั่วไป

1. วิธีการทำความสะอาด RCA

วิธีการทำความสะอาดแบบ RCA เป็นหนึ่งในเทคนิคการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ที่คลาสสิกที่สุดในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งพัฒนาโดยบริษัท RCA เมื่อกว่า 40 ปีที่แล้ว วิธีนี้ใช้เป็นหลักเพื่อกำจัดสารปนเปื้อนอินทรีย์และสิ่งเจือปนไอออนโลหะ และสามารถทำได้สองขั้นตอน ได้แก่ SC-1 (Standard Clean 1) และ SC-2 (Standard Clean 2)

การทำความสะอาด SC-1: ขั้นตอนนี้ส่วนใหญ่ใช้เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนอินทรีย์และอนุภาคต่างๆ สารละลายประกอบด้วยแอมโมเนีย ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำ ซึ่งก่อตัวเป็นชั้นซิลิคอนออกไซด์บางๆ บนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์

การทำความสะอาด SC-2: ขั้นตอนนี้ใช้เป็นหลักเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนไอออนโลหะ โดยใช้ส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริก ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำ โดยจะทิ้งชั้นพาสซีฟบางๆ ไว้บนพื้นผิวเวเฟอร์เพื่อป้องกันการปนเปื้อนซ้ำ