隨著集成電路制程工藝節(jié)點(diǎn)越來越先進(jìn)，對實(shí)際制造的幾個(gè)環(huán)節(jié)也提出了新要求，清洗環(huán)節(jié)的重要性日益凸顯。
清洗的關(guān)鍵性則是由于隨著特征尺寸的不斷縮小，半導(dǎo)體對雜質(zhì)含量越來越敏感，而半導(dǎo)體制造中不可避免會引入一些顆粒、有機(jī)物、金屬和氧化物等污染物。為了減少雜質(zhì)對芯片良率的影響，實(shí)際生產(chǎn)中不僅僅需要提高單次的清洗效率，還需要在幾乎所有制程前后都頻繁的進(jìn)行清洗，清洗步驟約占整體步驟的33%。
今天《半導(dǎo)體小課堂》帶大家細(xì)數(shù)一下，常用的四種半導(dǎo)體硅片清洗設(shè)備及裝置：
1、浸入式濕法清洗槽
濕法化學(xué)清洗系統(tǒng)既可以是浸入式的又可以是旋轉(zhuǎn)式的。一般設(shè)備主要包括一組濕法化學(xué)清洗槽和相應(yīng)的水槽，另外還可能配有甩干裝置。硅片放在一個(gè)清洗專用花籃中放人化學(xué)槽一段指定的時(shí)間，之后取出放人對應(yīng)的水槽中沖洗。
對于清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)來說，材料的選擇至關(guān)重要。使用時(shí)根據(jù)化學(xué)液的濃度、酸堿度、使用溫度等條件選擇相應(yīng)的槽體材料。從材質(zhì)上來說一般有NPP、PVDF、PrFE、石英玻璃等。例如：PVDF、IyIFE、石英玻璃等一般用在需加熱的強(qiáng)酸強(qiáng)堿清洗，其中石英玻璃不能用在HF清洗中，NPP一般用在常溫下的弱酸弱堿清洗。而常溫化學(xué)槽，一般為NPP材料。
▲圖1 ?石英加熱槽
槽內(nèi)溶液可加熱到180℃甚至更高，它一般由石英內(nèi)槽、保溫層、塑料(PP)外槽組成。石英槽加熱可以通過粘貼加熱膜或者直接在石英玻璃上涂敷加熱材料實(shí)現(xiàn)。石英槽內(nèi)需安裝溫度和液位傳感器，以實(shí)現(xiàn)對溫度的精確控制以及槽內(nèi)液位的檢測，防止槽內(nèi)液位過低造成加熱器干燒。
除此之外PVDF(PTEE)加熱槽也較為常用，這類加熱槽常用于HF溶液的清洗中。由于受到槽體材料的限制，這類加熱槽只能使用潛入式加熱，潛入式加熱器一般有盤管式和平板式兩種，加熱器外包覆PFA管。
2、兆聲清洗槽
RcA或者改進(jìn)的RcA清洗配合兆聲能量是目前使用非常廣泛的清洗方法。在附加了兆聲能量后，可大幅降低溶液的使用溫度以及工藝時(shí)間，而清洗效果更加有效。常用兆聲清洗的頻率為800kHz—1 MHz，兆聲功率在100一600W。兆聲換能器有平板式、圓弧板式等形式。兆聲換能器可直接安裝于槽體底部；石英清洗槽則可以采用水浴的方式，兆聲換能器安裝于外槽底部，這樣可以避免清洗液對兆聲換能器的浸蝕。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
▲圖2 ?兆聲槽
兆聲換能器在工作過程中會在石英槽底部產(chǎn)生大量的氣泡。這些氣泡會大量吸收兆聲能量，大大降低了兆聲清洗的效果。因此內(nèi)槽石英缸底部一般要有10-15度的傾斜角度，當(dāng)有氣泡產(chǎn)生時(shí)，由于浮力的作用氣泡沿傾斜的石英槽底向上移動，脫離石英槽壁浮出水面，減少了氣泡對兆聲能量的損耗。
另外水浴外槽可根據(jù)不同的需要采用不銹鋼槽、石英槽等。圓弧板兆聲換能器由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使其在兆聲能量的傳播方向、能量分布上更加合理，清洗效果更加顯著，一般情況下，圓弧板兆聲換能器只需要平板兆聲換能器使用減半的功率即可達(dá)到相同的清洗效果。
3、旋轉(zhuǎn)噴淋清洗
旋轉(zhuǎn)噴淋清洗是浸入型清洗的變型。系統(tǒng)中一般包括自動配液系統(tǒng)、清洗腔體、廢液回收系統(tǒng)。噴淋清洗在一個(gè)密封的工作腔內(nèi)一次完成化學(xué)清洗、去離子水沖洗、旋轉(zhuǎn)甩干等過程，減少了在每一步清洗過程中由于人為操作因素造成的影響。在噴淋清洗中由于旋轉(zhuǎn)和噴淋的效果，使得硅片表面的溶液更加均勻，同時(shí)，接觸到硅片表面的溶液永遠(yuǎn)是新鮮的，這樣就可以做到通過工藝時(shí)間設(shè)置，精確控制硅片的清洗腐蝕效果，實(shí)現(xiàn)很好的一致性。密封的工作腔可以隔絕化學(xué)液的揮發(fā)，減少溶液的損耗以及溶液蒸氣對人體和環(huán)境的危害。各系統(tǒng)分別貯于不同的化學(xué)試劑，在使用時(shí)到達(dá)噴口之前才混合，使其保持新鮮，以發(fā)揮最大的潛力，這樣在清洗時(shí)會反應(yīng)最快。用N2噴時(shí)使液體通過很小的噴口，使其形成很細(xì)的霧狀，至硅片表面達(dá)到更好的清洗目的。
此方法適用于除去氧化膜或有機(jī)物。因?yàn)榛瘜W(xué)物質(zhì)在硅片表面停留的時(shí)間比較短，對反應(yīng)需要一定時(shí)間的清洗效果不好。在噴洗過程中所使用的化學(xué)試劑很少，對控制成本及環(huán)境保護(hù)有利。
4、刷洗器
刷洗器主要用于硅片拋光后的清洗，可有效地去除硅片正反兩面1μm以及更大的顆粒。主要配置包括專用刷洗器、優(yōu)化的化學(xué)清洗液及超純水或者IPA。在水動力條件下，顆粒被旋轉(zhuǎn)的海綿狀刷子趕出，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
▲圖3 硅片刷洗裝置
一個(gè)典型的POST—CMP清洗裝置包括兩個(gè)刷洗箱和一個(gè)兆聲波清洗模塊。早期使用的尼龍毛刷易造成硅片的損傷，現(xiàn)在一般采用聚乙烯醇(PVA)毛刷，PVA毛刷配合去離子水，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
▲圖4 PVA材質(zhì)刷洗器