ข่าว - เวเฟอร์ซิลิคอน เทียบกับ เวเฟอร์แก้ว: เรากำลังทำความสะอาดอะไรกันแน่? จากแก่นแท้ของวัสดุสู่โซลูชันการทำความสะอาดตามกระบวนการ

แม้ว่าเวเฟอร์ซิลิคอนและแก้วจะมีเป้าหมายร่วมกันในการ "ทำความสะอาด" แต่ความท้าทายและรูปแบบความล้มเหลวที่เวเฟอร์เหล่านี้เผชิญระหว่างการทำความสะอาดนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ความแตกต่างนี้เกิดจากคุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัสดุและข้อกำหนดเฉพาะของซิลิคอนและแก้ว รวมถึง "ปรัชญา" เฉพาะของการทำความสะอาดที่ขับเคลื่อนโดยการใช้งานขั้นสุดท้าย

ก่อนอื่น ขอชี้แจงก่อนว่า เรากำลังทำความสะอาดอะไรกันแน่? มีสารปนเปื้อนอะไรบ้าง?

สารปนเปื้อนสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท:

สารปนเปื้อนอนุภาค
- ฝุ่นละออง อนุภาคโลหะ อนุภาคอินทรีย์ อนุภาคขัดสี (จากกระบวนการ CMP) ฯลฯ
- สารปนเปื้อนเหล่านี้อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในรูปแบบ เช่น ไฟฟ้าลัดวงจรหรือวงจรเปิด
สารปนเปื้อนอินทรีย์
- รวมไปถึงสารตกค้างของโฟโตเรซิสต์ สารเติมแต่งเรซิน น้ำมันจากผิวหนังมนุษย์ สารตกค้างของตัวทำละลาย ฯลฯ
- สารปนเปื้อนอินทรีย์สามารถก่อตัวเป็นหน้ากากที่ขัดขวางการกัดกร่อนหรือการฝังไอออน และลดการยึดเกาะของฟิล์มบางๆ อื่นๆ
สารปนเปื้อนไอออนโลหะ
- เหล็ก ทองแดง โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม ฯลฯ ซึ่งส่วนใหญ่มาจากอุปกรณ์ สารเคมี และการสัมผัสของมนุษย์
- ในสารกึ่งตัวนำ ไอออนของโลหะเป็นสารปนเปื้อน “ตัวทำลาย” โดยเพิ่มระดับพลังงานในแถบต้องห้าม ส่งผลให้กระแสรั่วไหลเพิ่มขึ้น อายุการใช้งานของตัวพาสั้นลง และสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า ในแก้ว สารปนเปื้อนเหล่านี้อาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพและการยึดเกาะของฟิล์มบางที่เคลือบอยู่
ชั้นออกไซด์ดั้งเดิม
- สำหรับเวเฟอร์ซิลิคอน: ชั้นซิลิคอนไดออกไซด์บาง ๆ (ออกไซด์ธรรมชาติ) ก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติบนพื้นผิวในอากาศ ความหนาและความสม่ำเสมอของชั้นออกไซด์นี้ควบคุมได้ยาก และจำเป็นต้องกำจัดออกให้หมดในขั้นตอนการผลิตโครงสร้างสำคัญ เช่น เกตออกไซด์
- สำหรับเวเฟอร์แก้ว: ตัวแก้วเองมีโครงสร้างเป็นเครือข่ายซิลิกา ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาเรื่อง "การลอกชั้นออกไซด์ดั้งเดิม" ออกไป อย่างไรก็ตาม พื้นผิวอาจมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการปนเปื้อน และจำเป็นต้องลอกชั้นนี้ออกไป

I. เป้าหมายหลัก: ความแตกต่างระหว่างประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความสมบูรณ์แบบทางกายภาพ

เวเฟอร์ซิลิคอน
- เป้าหมายหลักของการทำความสะอาดคือเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพทางไฟฟ้า โดยทั่วไปข้อกำหนดจะครอบคลุมถึงจำนวนและขนาดของอนุภาคที่เข้มงวด (เช่น อนุภาคที่มีขนาด ≥0.1 ไมโครเมตร ต้องถูกกำจัดออกอย่างมีประสิทธิภาพ) ความเข้มข้นของไอออนโลหะ (เช่น เหล็กและทองแดง ต้องควบคุมให้ไม่เกิน 10¹⁰ อะตอม/ตารางเซนติเมตร) และระดับสารตกค้างอินทรีย์ แม้แต่การปนเปื้อนในระดับจุลภาคก็อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร กระแสไฟฟ้ารั่ว หรือความสมบูรณ์ของเกตออกไซด์ล้มเหลวได้
เวเฟอร์แก้ว
- สำหรับพื้นผิว ความต้องการหลักคือความสมบูรณ์แบบทางกายภาพและความเสถียรทางเคมี ข้อกำหนดมุ่งเน้นไปที่รายละเอียดในระดับมหภาค เช่น การไม่มีรอยขีดข่วน คราบสกปรกที่ขจัดไม่ออก และการรักษาความหยาบและรูปทรงของพื้นผิวเดิม เป้าหมายหลักของการทำความสะอาดคือเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวสะอาดและยึดเกาะได้ดีสำหรับกระบวนการถัดไป เช่น การเคลือบ

II. ลักษณะของวัสดุ: ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างผลึกและอสัณฐาน

ซิลิคอน
- ซิลิคอนเป็นวัสดุผลึก และพื้นผิวของมันมีชั้นออกไซด์ของซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO₂) ที่ไม่สม่ำเสมอตามธรรมชาติ ชั้นออกไซด์นี้เป็นอันตรายต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้า และต้องกำจัดออกให้หมดจดและสม่ำเสมอ
กระจก
- กระจกเป็นโครงข่ายซิลิกาแบบอสัณฐาน วัสดุจำนวนมากมีองค์ประกอบคล้ายคลึงกับชั้นซิลิคอนออกไซด์ของซิลิคอน ซึ่งหมายความว่ากระจกสามารถกัดกร่อนได้อย่างรวดเร็วด้วยกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) และยังไวต่อการกัดกร่อนด้วยด่างอย่างรุนแรง ส่งผลให้พื้นผิวมีความหยาบหรือเสียรูปมากขึ้น ความแตกต่างพื้นฐานนี้กำหนดว่าการทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอนสามารถทนต่อการกัดกร่อนแบบเบาและควบคุมได้เพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อน ในขณะที่การทำความสะอาดเวเฟอร์กระจกต้องดำเนินการด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่งยวดเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อวัสดุฐาน

รายการทำความสะอาด	การทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอน	การทำความสะอาดเวเฟอร์แก้ว
เป้าหมายการทำความสะอาด	รวมถึงชั้นออกไซด์ดั้งเดิมของตัวเอง	เลือกวิธีการทำความสะอาด: กำจัดสิ่งปนเปื้อนพร้อมปกป้องวัสดุฐาน
การทำความสะอาด RCA มาตรฐาน	- ส.พี.เอ็ม(H₂SO₄/H₂O₂): กำจัดสารตกค้างอินทรีย์/โฟโตเรซิสต์	ขั้นตอนการทำความสะอาดหลัก:
	- เอสซี1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O): กำจัดอนุภาคบนพื้นผิว	สารทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่างอ่อนๆ:ประกอบด้วยสารพื้นผิวที่มีฤทธิ์ในการขจัดสารปนเปื้อนอินทรีย์และอนุภาค
	- ดีเอชเอฟ(กรดไฮโดรฟลูออริก): กำจัดชั้นออกไซด์ธรรมชาติและสารปนเปื้อนอื่นๆ	สารทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่างเข้มข้นหรือด่างปานกลาง:ใช้เพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนที่เป็นโลหะหรือสารที่ไม่ระเหย
	- เอสซี2(HCl/H₂O₂/H₂O): กำจัดสารปนเปื้อนโลหะ	หลีกเลี่ยงภาวะหัวใจล้มเหลวตลอด
สารเคมีสำคัญ	กรดเข้มข้น ด่างเข้มข้น ตัวทำละลายออกซิไดซ์	สารทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่างอ่อนๆ คิดค้นมาโดยเฉพาะเพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนที่อ่อนโยน
อุปกรณ์ช่วยเหลือทางกายภาพ	น้ำดีไอออนไนซ์ (สำหรับการล้างที่มีความบริสุทธิ์สูง)	การล้างด้วยคลื่นอัลตราโซนิก เมกะโซนิค
เทคโนโลยีการอบแห้ง	การอบแห้งด้วยไอเมกะโซนิค IPA	การอบแห้งแบบอ่อนโยน: การยกช้า การอบแห้งด้วยไอ IPA

III. การเปรียบเทียบสารทำความสะอาด

จากเป้าหมายและคุณลักษณะของวัสดุที่กล่าวถึงข้างต้น สารละลายทำความสะอาดสำหรับเวเฟอร์ซิลิกอนและแก้วจึงแตกต่างกัน:

	การทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอน	การทำความสะอาดเวเฟอร์แก้ว
วัตถุประสงค์ในการทำความสะอาด	การกำจัดอย่างทั่วถึงรวมถึงชั้นออกไซด์ดั้งเดิมของเวเฟอร์	การกำจัดแบบเลือกสรร: กำจัดสิ่งปนเปื้อนพร้อมทั้งปกป้องพื้นผิว
กระบวนการทั่วไป	มาตรฐาน RCA สะอาด:-ส.พี.เอ็ม(H₂SO₄/H₂O₂): กำจัดสารอินทรีย์หนัก/โฟโตเรซิสต์ •เอสซี1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O): การกำจัดอนุภาคที่เป็นด่าง •ดีเอชเอฟ(HF เจือจาง): กำจัดชั้นออกไซด์ดั้งเดิมและโลหะ •เอสซี2(HCl/H₂O₂/H₂O): กำจัดไอออนโลหะ	ลักษณะการไหลของการทำความสะอาด:-น้ำยาทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่างอ่อนๆด้วยสารลดแรงตึงผิวเพื่อขจัดสารอินทรีย์และอนุภาคต่างๆ •น้ำยาทำความสะอาดที่เป็นกรดหรือเป็นกลางเพื่อกำจัดไอออนโลหะและสารปนเปื้อนเฉพาะอื่นๆหลีกเลี่ยงภาวะหัวใจล้มเหลวตลอดกระบวนการ
สารเคมีสำคัญ	กรดเข้มข้น สารออกซิไดเซอร์เข้มข้น สารละลายด่าง	น้ำยาทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่างอ่อนๆ; น้ำยาทำความสะอาดเฉพาะทางที่เป็นกลางหรือมีฤทธิ์เป็นกรดเล็กน้อย
การช่วยเหลือทางกายภาพ	เมกาโซนิค (ประสิทธิภาพสูง กำจัดอนุภาคได้อย่างอ่อนโยน)	อัลตราโซนิก เมกะโซนิก
การอบแห้ง	การอบแห้ง Marangoni; การทำแห้งด้วยไอไอพีเอ	การอบแห้งแบบดึงช้า; การอบแห้งด้วยไอ IPA

กระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์แก้ว
- ในปัจจุบัน โรงงานแปรรูปแก้วส่วนใหญ่ใช้ขั้นตอนการทำความสะอาดตามคุณลักษณะของวัสดุแก้ว โดยอาศัยสารทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่างอ่อนๆ เป็นหลัก
- คุณสมบัติของสารทำความสะอาด:สารทำความสะอาดเฉพาะทางเหล่านี้โดยทั่วไปมีฤทธิ์เป็นด่างอ่อนๆ โดยมีค่า pH ประมาณ 8-9 มักประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิว (เช่น อัลคิลโพลีออกซีเอทิลีนอีเทอร์) สารคีเลตโลหะ (เช่น HEDP) และสารช่วยทำความสะอาดอินทรีย์ ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำให้สารปนเปื้อนอินทรีย์ เช่น น้ำมันและรอยนิ้วมือเป็นอิมัลชันและย่อยสลายได้ ขณะเดียวกันก็มีฤทธิ์กัดกร่อนเมทริกซ์ของกระจกน้อยที่สุด
- กระบวนการไหล:กระบวนการทำความสะอาดโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการใช้สารทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่างอ่อนๆ ความเข้มข้นเฉพาะที่อุณหภูมิตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 60°C ร่วมกับการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก หลังจากทำความสะอาดแล้ว แผ่นเวเฟอร์จะผ่านขั้นตอนการล้างหลายขั้นตอนด้วยน้ำบริสุทธิ์และการอบแห้งแบบเบา (เช่น การยกแผ่นเวเฟอร์ขึ้นอย่างช้าๆ หรือการทำให้แห้งด้วยไอระเหย IPA) กระบวนการนี้ตรงตามข้อกำหนดของแผ่นเวเฟอร์แก้วในด้านความสะอาดที่มองเห็นได้และความสะอาดทั่วไป
กระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอน
- สำหรับการประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ เวเฟอร์ซิลิกอนโดยทั่วไปจะผ่านการทำความสะอาด RCA มาตรฐาน ซึ่งเป็นวิธีการทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพสูงที่สามารถจัดการกับสารปนเปื้อนทุกประเภทได้อย่างเป็นระบบ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพไฟฟ้าสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

IV. เมื่อกระจกมีมาตรฐาน "ความสะอาด" ที่สูงขึ้น

เมื่อใช้เวเฟอร์แก้วในงานที่ต้องการจำนวนอนุภาคและระดับไอออนของโลหะที่เข้มงวด (เช่น ใช้เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ หรือสำหรับพื้นผิวเคลือบฟิล์มบางคุณภาพสูง) กระบวนการทำความสะอาดภายในอาจไม่เพียงพออีกต่อไป ในกรณีนี้ สามารถนำหลักการทำความสะอาดเซมิคอนดักเตอร์มาประยุกต์ใช้ โดยนำกลยุทธ์การทำความสะอาด RCA ที่ได้รับการปรับปรุงมาใช้

หัวใจสำคัญของกลยุทธ์นี้คือการเจือจางและเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ RCA มาตรฐานเพื่อรองรับลักษณะที่ละเอียดอ่อนของแก้ว:

การกำจัดสารปนเปื้อนอินทรีย์:สารละลาย SPM หรือน้ำโอโซนที่อ่อนกว่าสามารถใช้ในการย่อยสลายสารปนเปื้อนอินทรีย์ได้โดยการออกซิเดชันที่รุนแรง
การกำจัดอนุภาค:สารละลาย SC1 ที่เจือจางสูงจะถูกใช้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าและใช้เวลาในการบำบัดสั้นกว่าเพื่อใช้คุณสมบัติการขับไล่ไฟฟ้าสถิตและการกัดกร่อนระดับไมโครเพื่อขจัดอนุภาคออกไป ในขณะที่ลดการกัดกร่อนบนกระจกให้น้อยที่สุด
การกำจัดไอออนโลหะ:ใช้สารละลาย SC2 เจือจางหรือสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง/กรดไนตริกเจือจางเพื่อกำจัดสารปนเปื้อนโลหะผ่านการคีเลต
ข้อห้ามอย่างเคร่งครัด:ต้องหลีกเลี่ยง DHF (ไดแอมโมเนียมฟลูออไรด์) โดยสิ้นเชิงเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของพื้นผิวกระจก

ในกระบวนการปรับเปลี่ยนทั้งหมด การผสมผสานเทคโนโลยีเมกะโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดอนุภาคขนาดนาโนได้อย่างมีนัยสำคัญ และอ่อนโยนต่อพื้นผิวอีกด้วย

บทสรุป

กระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอนและแก้วเป็นผลที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากกระบวนการวิศวกรรมย้อนกลับ โดยพิจารณาจากข้อกำหนดการใช้งานขั้นสุดท้าย คุณสมบัติของวัสดุ และลักษณะทางกายภาพและทางเคมี การทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิคอนมุ่งเน้น "ความสะอาดระดับอะตอม" เพื่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ในขณะที่การทำความสะอาดเวเฟอร์แก้วมุ่งเน้นที่การทำให้พื้นผิวทางกายภาพ "สมบูรณ์แบบ ปราศจากความเสียหาย" เนื่องจากเวเฟอร์แก้วถูกนำมาใช้ในงานเซมิคอนดักเตอร์มากขึ้น กระบวนการทำความสะอาดจึงพัฒนาไปไกลกว่าการทำความสะอาดด้วยด่างอ่อนแบบเดิมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ โดยพัฒนาโซลูชันที่ละเอียดและปรับแต่งได้ตามความต้องการ เช่น กระบวนการ RCA ที่ได้รับการปรับปรุง เพื่อให้ได้มาตรฐานความสะอาดที่สูงขึ้น

เวลาโพสต์: 29 ต.ค. 2568