หลักการ กระบวนการ วิธีการ และอุปกรณ์ในการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์

รูปภาพ: การเปรียบเทียบระหว่างการทำความสะอาดแบบเป็นชุดและการทำความสะอาดแบบเวเฟอร์เดี่ยว

กระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์โดยทั่วไปมีขั้นตอนหลักดังต่อไปนี้:

1. การทำความสะอาดล่วงหน้า (Pre-Clean)

วัตถุประสงค์ของการทำความสะอาดล่วงหน้าคือเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่หลุดร่อนและอนุภาคขนาดใหญ่ออกจากพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะทำได้โดยการล้างน้ำปราศจากไอออน (น้ำ DI) และการทำความสะอาดอัลตราโซนิก น้ำปราศจากไอออนสามารถกำจัดอนุภาคและสิ่งสกปรกที่ละลายออกจากพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ได้ในตอนแรก ในขณะที่การทำความสะอาดอัลตราโซนิกใช้เอฟเฟกต์คาวิเทชันเพื่อทำลายพันธะระหว่างอนุภาคและพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ ทำให้ง่ายต่อการขับออก

2. การทำความสะอาดสารเคมี

การทำความสะอาดด้วยสารเคมีเป็นหนึ่งในขั้นตอนหลักในกระบวนการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ โดยใช้สารละลายเคมีเพื่อกำจัดสารอินทรีย์ ไอออนของโลหะ และออกไซด์ออกจากพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์

การกำจัดสารอินทรีย์: โดยทั่วไป อะซิโตนหรือส่วนผสมแอมโมเนีย/เปอร์ออกไซด์ (SC-1) ใช้ในการละลายและออกซิไดซ์สารปนเปื้อนอินทรีย์ อัตราส่วนทั่วไปสำหรับสารละลาย SC-1 คือ NH₄OH

₂O₂

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

การกำจัดไอออนของโลหะ: กรดไนตริกหรือกรดไฮโดรคลอริก/เปอร์ออกไซด์ผสม (SC-2) ใช้เพื่อกำจัดไอออนของโลหะออกจากพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ อัตราส่วนทั่วไปสำหรับสารละลาย SC-2 คือ HCl

₂O₂

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

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

₂O = 1:50 และสามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิห้อง

3. ทำความสะอาดขั้นสุดท้าย

หลังจากการทำความสะอาดด้วยสารเคมี เวเฟอร์มักจะผ่านขั้นตอนการทำความสะอาดขั้นสุดท้ายเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสารเคมีตกค้างบนพื้นผิว การทำความสะอาดครั้งสุดท้ายจะใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นหลักในการล้างอย่างละเอียด นอกจากนี้ การทำความสะอาดด้วยน้ำโอโซน (O₃/H₂O) ยังใช้เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่เหลืออยู่ออกจากพื้นผิวเวเฟอร์อีกด้วย

4. การอบแห้ง

เวเฟอร์ที่ทำความสะอาดแล้วจะต้องทำให้แห้งอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันลายน้ำหรือสิ่งปนเปื้อนเกาะอีก วิธีการอบแห้งทั่วไป ได้แก่ การทำแห้งแบบหมุนและการไล่ไนโตรเจน แบบแรกจะขจัดความชื้นออกจากพื้นผิวเวเฟอร์โดยการหมุนด้วยความเร็วสูง ในขณะที่แบบหลังจะทำให้แห้งสนิทโดยการเป่าก๊าซไนโตรเจนแห้งไปทั่วพื้นผิวเวเฟอร์

สารปนเปื้อน

ชื่อขั้นตอนการทำความสะอาด

คำอธิบายส่วนผสมทางเคมี

เคมีภัณฑ์

อนุภาค	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟูริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°ซ
	เอสซี-1 (เอพีเอ็ม)	แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°ซ
โลหะ (ไม่ใช่ทองแดง)	SC-2 (เอชพีเอ็ม)	กรดไฮโดรคลอริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	เอชซีแอล/H2O2/H2O1:1:6; 85°ซ
	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟูริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°ซ
	ดีเอชเอฟ	เจือจางกรดไฮโดรฟลูออริก/น้ำ DI (จะไม่เอาทองแดงออก)	HF/H2O1:50
สารอินทรีย์	ปิรันย่า (SPM)	กรดซัลฟูริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°ซ
	เอสซี-1 (เอพีเอ็ม)	แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์/น้ำ DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°ซ
	ดีโอ3	โอโซนในน้ำปราศจากไอออน	ส่วนผสมเพิ่มประสิทธิภาพ O3/H2O
ออกไซด์พื้นเมือง	ดีเอชเอฟ	เจือจางกรดไฮโดรฟลูออริก/น้ำ DI	HF/H2O 1:100
	บีเอชเอฟ	กรดไฮโดรฟลูออริกบัฟเฟอร์	NH4F/HF/H2O

3. วิธีการทำความสะอาดเวเฟอร์ทั่วไป

1. วิธีการทำความสะอาดอาร์ซีเอ

วิธีการทำความสะอาด RCA เป็นหนึ่งในเทคนิคการทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์ที่คลาสสิกที่สุดในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งพัฒนาโดย RCA Corporation เมื่อกว่า 40 ปีที่แล้ว วิธีการนี้ใช้เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนอินทรีย์และไอออนของโลหะเจือปนเป็นหลัก และสามารถทำได้ในสองขั้นตอน: SC-1 (Standard Clean 1) และ SC-2 (Standard Clean 2)

การทำความสะอาด SC-1: ขั้นตอนนี้ใช้เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนและอนุภาคอินทรีย์เป็นหลัก สารละลายคือส่วนผสมของแอมโมเนีย ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำ ซึ่งก่อให้เกิดชั้นซิลิคอนออกไซด์บางๆ บนพื้นผิวเวเฟอร์

การทำความสะอาด SC-2: ขั้นตอนนี้ใช้เพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนไอออนของโลหะเป็นหลัก โดยใช้ส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริก ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และน้ำ โดยจะทิ้งชั้นฟิล์มบางๆ ไว้บนพื้นผิวเวเฟอร์เพื่อป้องกันการปนเปื้อนซ้ำ