หลักการ กระบวนการ วิธีการ และอุปกรณ์ในการทำความสะอาดเวเฟอร์

รูปที่: การเปรียบเทียบระหว่างการทำความสะอาดแบบแบทช์และแบบเวเฟอร์เดี่ยว

กระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์โดยทั่วไปประกอบด้วยขั้นตอนหลักดังต่อไปนี้:

1. การทำความสะอาดเบื้องต้น (Pre-Cleaning)

จุดประสงค์ของการทำความสะอาดเบื้องต้นคือเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนที่หลุดออกและอนุภาคขนาดใหญ่จากพื้นผิวเวเฟอร์ ซึ่งโดยทั่วไปทำได้โดยการล้างด้วยน้ำดีไอออนไนซ์ (DI Water) และการทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง น้ำดีไอออนไนซ์สามารถขจัดอนุภาคและสิ่งสกปรกที่ละลายอยู่ในน้ำออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ได้ในระยะแรก ในขณะที่การทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงใช้เอฟเฟกต์การเกิดโพรงอากาศเพื่อทำลายพันธะระหว่างอนุภาคและพื้นผิวเวเฟอร์ ทำให้ขจัดออกได้ง่ายขึ้น

2. การทำความสะอาดด้วยสารเคมี

การทำความสะอาดทางเคมีเป็นหนึ่งในขั้นตอนหลักของกระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์ โดยใช้สารเคมีเพื่อกำจัดวัสดุอินทรีย์ ไอออนของโลหะ และออกไซด์ออกจากพื้นผิวเวเฟอร์

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

โอ₂

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

การกำจัดไอออนโลหะ: ส่วนผสมของกรดไนตริกหรือกรดไฮโดรคลอริก/เปอร์ออกไซด์ (SC-2) ใช้ในการกำจัดไอออนโลหะออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ อัตราส่วนทั่วไปของสารละลาย SC-2 คือ HCl

โอ₂

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

การกำจัดออกไซด์: ในกระบวนการบางอย่าง จำเป็นต้องกำจัดชั้นออกไซด์ดั้งเดิมออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ ซึ่งจะใช้สารละลายกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) อัตราส่วนทั่วไปของสารละลาย HF คือ HF

₂O = 1:50 และสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิห้อง

3. การทำความสะอาดครั้งสุดท้าย

หลังจากทำความสะอาดด้วยสารเคมีแล้ว เวเฟอร์มักจะต้องผ่านขั้นตอนการทำความสะอาดขั้นสุดท้ายเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสารเคมีตกค้างบนพื้นผิว การทำความสะอาดขั้นสุดท้ายส่วนใหญ่ใช้น้ำดีไอออนไนซ์เพื่อล้างให้สะอาด นอกจากนี้ การทำความสะอาดด้วยน้ำโอโซน (O₃/H₂O) ยังใช้เพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนที่เหลืออยู่บนพื้นผิวเวเฟอร์เพิ่มเติมอีกด้วย

4. การทำให้แห้ง

เวเฟอร์ที่ทำความสะอาดแล้วจะต้องทำให้แห้งอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันรอยน้ำหรือสิ่งปนเปื้อนกลับมาเกาะติดอีก วิธีการทำให้แห้งทั่วไป ได้แก่ การปั่นแห้งและการเป่าด้วยไนโตรเจน วิธีแรกจะขจัดความชื้นออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ด้วยการปั่นด้วยความเร็วสูง ในขณะที่วิธีหลังจะทำให้มั่นใจได้ว่าเวเฟอร์จะแห้งสนิทโดยเป่าก๊าซไนโตรเจนให้แห้งไปทั่วพื้นผิวเวเฟอร์

สารปนเปื้อน

ชื่อขั้นตอนการทำความสะอาด

คำอธิบายส่วนผสมทางเคมี

สารเคมี

อนุภาค	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟิวริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90 องศาเซลเซียส
	เอสซี-1 (เอพีเอ็ม)	แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
โลหะ (ไม่ใช่ทองแดง)	เอสซี-2 (เอชพีเอ็ม)	กรดไฮโดรคลอริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	กรดเกลือ/H2O2/H2O1:1:6; 85°C
	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟิวริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90 องศาเซลเซียส
	โรคไข้เลือดออก	กรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง/น้ำ DI (จะไม่ขจัดทองแดง)	เอช เอฟ/เอช2โอ1:50
สารอินทรีย์	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟิวริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90 องศาเซลเซียส
	เอสซี-1 (เอพีเอ็ม)	แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	ดิโอ3	โอโซนในน้ำดีไอออนไนซ์	ส่วนผสมที่ปรับให้เหมาะสมของ O3/H2O
ออกไซด์พื้นเมือง	โรคไข้เลือดออก	กรดไฮโดรฟลูออริกเจือจาง/น้ำ DI	HF/H2O 1:100
	บีเอชเอฟ	กรดไฮโดรฟลูออริกบัฟเฟอร์	เอช4เอฟ/เอช2โอ

3. วิธีการทำความสะอาดเวเฟอร์ทั่วไป

1. วิธีการทำความสะอาด RCA

วิธีการทำความสะอาด RCA เป็นเทคนิคการทำความสะอาดเวเฟอร์แบบคลาสสิกที่สุดวิธีหนึ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งพัฒนาโดย RCA Corporation เมื่อกว่า 40 ปีที่แล้ว วิธีนี้ใช้เป็นหลักเพื่อขจัดสารปนเปื้อนอินทรีย์และสิ่งเจือปนไอออนโลหะ และสามารถทำได้ 2 ขั้นตอน ได้แก่ SC-1 (Standard Clean 1) และ SC-2 (Standard Clean 2)

การทำความสะอาด SC-1: ขั้นตอนนี้ใช้เป็นหลักเพื่อขจัดสารปนเปื้อนอินทรีย์และอนุภาคต่างๆ สารละลายเป็นส่วนผสมของแอมโมเนีย ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำ ซึ่งจะสร้างชั้นซิลิกอนออกไซด์บางๆ บนพื้นผิวเวเฟอร์

การทำความสะอาด SC-2: ขั้นตอนนี้ใช้เป็นหลักเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนไอออนโลหะ โดยใช้ส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริก ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำ ซึ่งจะทิ้งชั้นการทำให้เฉื่อยบางๆ ไว้บนพื้นผิวเวเฟอร์เพื่อป้องกันการปนเปื้อนซ้ำ