वेट क्लीनिंग (वेट क्लीन) सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेतील एक महत्त्वाची पायरी आहे, ज्याचा उद्देश वेफरच्या पृष्ठभागावरील विविध दूषित पदार्थ काढून टाकणे हे सुनिश्चित करण्यासाठी आहे की त्यानंतरच्या प्रक्रियेच्या पायऱ्या स्वच्छ पृष्ठभागावर पार पाडल्या जाऊ शकतात.
सेमीकंडक्टर उपकरणांचा आकार कमी होत असताना आणि अचूकता आवश्यकता वाढत असल्याने, वेफर साफसफाईच्या प्रक्रियेच्या तांत्रिक मागण्या अधिकाधिक कडक झाल्या आहेत. वेफरच्या पृष्ठभागावरील अगदी लहान कण, सेंद्रिय पदार्थ, धातूचे आयन किंवा ऑक्साईडचे अवशेष देखील डिव्हाइसच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम करू शकतात, ज्यामुळे सेमीकंडक्टर उपकरणांच्या उत्पादनावर आणि विश्वासार्हतेवर परिणाम होतो.
वेफर क्लीनिंगची मुख्य तत्त्वे
वेफरच्या स्वच्छतेचा मुख्य भाग वेफरच्या पृष्ठभागावरील विविध दूषित घटक भौतिक, रासायनिक आणि इतर पद्धतींद्वारे प्रभावीपणे काढून टाकण्यात आहे जेणेकरून वेफरला पुढील प्रक्रियेसाठी योग्य स्वच्छ पृष्ठभाग असेल याची खात्री होईल.
दूषिततेचा प्रकार
डिव्हाइस वैशिष्ट्यांवर मुख्य प्रभाव
| लेख दूषित होणे | नमुना दोष
आयन रोपण दोष
इन्सुलेट फिल्म ब्रेकडाउन दोष
| |
| धातू प्रदूषण | अल्कली धातू | एमओएस ट्रान्झिस्टर अस्थिरता
गेट ऑक्साईड फिल्म ब्रेकडाउन/डिग्रेडेशन
|
| जड धातू | वाढलेली पीएन जंक्शन रिव्हर्स लीकेज करंट
गेट ऑक्साईड फिल्म ब्रेकडाउन दोष
अल्पसंख्याक वाहक आजीवन अध:पतन
ऑक्साइड उत्तेजित थर दोष निर्मिती
| |
| रासायनिक प्रदूषण | सेंद्रिय साहित्य | गेट ऑक्साईड फिल्म ब्रेकडाउन दोष
CVD फिल्म भिन्नता (उष्मायन वेळा)
थर्मल ऑक्साईड फिल्मच्या जाडीतील फरक (प्रवेगक ऑक्सिडेशन)
धुके येणे (वेफर, लेन्स, आरसा, मुखवटा, जाळी)
|
| अजैविक डोपेंट्स (बी, पी) | MOS ट्रान्झिस्टर Vth शिफ्ट
Si सब्सट्रेट आणि उच्च प्रतिकार पॉली-सिलिकॉन शीट प्रतिरोध भिन्नता
| |
| अजैविक तळ (अमाइन, अमोनिया) आणि ऍसिडस् (SOx) | रासायनिक प्रवर्धित प्रतिकारांच्या रेझोल्यूशनचे ऱ्हास
मीठ निर्मितीमुळे कण दूषित होणे आणि धुके येणे
| |
| आर्द्रता, हवेमुळे मूळ आणि रासायनिक ऑक्साईड फिल्म्स | वाढलेली संपर्क प्रतिकार
गेट ऑक्साईड फिल्म ब्रेकडाउन/डिग्रेडेशन
| |
विशेषतः, वेफर साफ करण्याच्या प्रक्रियेच्या उद्दिष्टांमध्ये हे समाविष्ट आहे:
कण काढणे: वेफरच्या पृष्ठभागावर चिकटलेले लहान कण काढण्यासाठी भौतिक किंवा रासायनिक पद्धती वापरणे. लहान कण त्यांच्या आणि वेफर पृष्ठभाग यांच्यातील मजबूत इलेक्ट्रोस्टॅटिक शक्तींमुळे काढणे अधिक कठीण आहे, विशेष उपचार आवश्यक आहेत.
सेंद्रिय पदार्थ काढणे: सेंद्रिय दूषित पदार्थ जसे की ग्रीस आणि फोटोरेसिस्ट अवशेष वेफरच्या पृष्ठभागावर चिकटू शकतात. हे दूषित पदार्थ सामान्यत: मजबूत ऑक्सिडायझिंग एजंट किंवा सॉल्व्हेंट्स वापरून काढले जातात.
मेटल आयन काढणे: वेफरच्या पृष्ठभागावरील धातूचे आयन अवशेष विद्युत कार्यक्षमतेस खराब करू शकतात आणि त्यानंतरच्या प्रक्रियेच्या चरणांवर देखील परिणाम करू शकतात. त्यामुळे हे आयन काढण्यासाठी विशिष्ट रासायनिक द्रावणाचा वापर केला जातो.
ऑक्साईड काढणे: काही प्रक्रियांसाठी वेफर पृष्ठभाग ऑक्साईड स्तरांपासून मुक्त असणे आवश्यक आहे, जसे की सिलिकॉन ऑक्साईड. अशा परिस्थितीत, काही साफसफाईच्या चरणांमध्ये नैसर्गिक ऑक्साईड स्तर काढणे आवश्यक आहे.
वेफर क्लिनिंग तंत्रज्ञानाचे आव्हान वेफरच्या पृष्ठभागावर विपरित परिणाम न करता दूषित पदार्थ कार्यक्षमतेने काढून टाकण्यात आहे, जसे की पृष्ठभाग खडबडीत होणे, गंजणे किंवा इतर भौतिक नुकसान रोखणे.
2. वेफर क्लीनिंग प्रक्रिया प्रवाह
वेफर साफसफाईच्या प्रक्रियेमध्ये दूषित घटक पूर्णपणे काढून टाकणे आणि पूर्णपणे स्वच्छ पृष्ठभाग प्राप्त करणे सुनिश्चित करण्यासाठी अनेक चरणांचा समावेश असतो.
आकृती: बॅच-टाइप आणि सिंगल-वेफर क्लीनिंग मधील तुलना
ठराविक वेफर साफ करण्याच्या प्रक्रियेत खालील मुख्य पायऱ्यांचा समावेश होतो:
1. प्री-क्लीनिंग (पूर्व-स्वच्छ)
पूर्व-स्वच्छतेचा उद्देश वेफरच्या पृष्ठभागावरील सैल दूषित पदार्थ आणि मोठे कण काढून टाकणे आहे, जे सामान्यत: डीआयोनाइज्ड वॉटर (डीआय वॉटर) रिन्सिंग आणि अल्ट्रासोनिक क्लिनिंगद्वारे साध्य केले जाते. डीआयोनाइज्ड पाणी सुरुवातीला वेफरच्या पृष्ठभागावरील कण आणि विरघळलेली अशुद्धता काढून टाकू शकते, तर अल्ट्रासोनिक क्लीनिंगमुळे पोकळ्या निर्माण होण्याच्या प्रभावाचा उपयोग कण आणि वेफर पृष्ठभाग यांच्यातील बंध तोडण्यासाठी केला जातो, ज्यामुळे ते काढून टाकणे सोपे होते.
2. रासायनिक स्वच्छता
रासायनिक साफसफाई ही वेफर साफसफाईच्या प्रक्रियेतील मुख्य पायरींपैकी एक आहे, रासायनिक द्रावणाचा वापर करून सेंद्रिय पदार्थ, धातूचे आयन आणि ऑक्साईड्स वेफरच्या पृष्ठभागावरून काढून टाकणे.
सेंद्रिय पदार्थ काढून टाकणे: सामान्यत: एसीटोन किंवा अमोनिया/पेरोक्साईड मिश्रण (SC-1) हे सेंद्रिय दूषित पदार्थांचे विरघळण्यासाठी आणि ऑक्सिडाइझ करण्यासाठी वापरले जाते. SC-1 सोल्यूशनसाठी विशिष्ट गुणोत्तर NH₄OH आहे
₂O₂
₂O = 1:1:5, सुमारे 20°C च्या कार्यरत तापमानासह.
मेटल आयन काढणे: नायट्रिक ऍसिड किंवा हायड्रोक्लोरिक ऍसिड/पेरोक्साइड मिश्रण (SC-2) वेफरच्या पृष्ठभागावरून धातूचे आयन काढण्यासाठी वापरले जातात. SC-2 सोल्यूशनसाठी विशिष्ट गुणोत्तर HCl आहे
₂O₂
₂O = 1:1:6, तापमान अंदाजे 80°C वर राखले जाते.
ऑक्साईड काढणे: काही प्रक्रियांमध्ये, वेफरच्या पृष्ठभागावरून मूळ ऑक्साईडचा थर काढून टाकणे आवश्यक असते, ज्यासाठी हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड (एचएफ) द्रावण वापरले जाते. HF सोल्यूशनसाठी विशिष्ट गुणोत्तर HF आहे
₂O = 1:50, आणि ते खोलीच्या तपमानावर वापरले जाऊ शकते.
3. अंतिम स्वच्छता
रासायनिक साफसफाईनंतर, पृष्ठभागावर कोणतेही रासायनिक अवशेष राहू नयेत याची खात्री करण्यासाठी वेफर्स सहसा अंतिम साफसफाईची पायरी पार पाडतात. पूर्ण स्वच्छ धुण्यासाठी मुख्यतः डीआयोनाइज्ड पाण्याचा वापर अंतिम साफसफाईमध्ये होतो. याव्यतिरिक्त, ओझोन वॉटर क्लीनिंग (O₃/H₂O) चा वापर वेफरच्या पृष्ठभागावरील उर्वरित दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी केला जातो.
4. वाळवणे
वॉटरमार्क टाळण्यासाठी किंवा दूषित घटक पुन्हा जोडण्यासाठी स्वच्छ केलेले वेफर्स लवकर वाळवले पाहिजेत. कोरडे करण्याच्या सामान्य पद्धतींमध्ये स्पिन ड्रायिंग आणि नायट्रोजन शुद्धीकरण यांचा समावेश होतो. पहिले वेफरच्या पृष्ठभागावरील ओलावा उच्च वेगाने फिरवून काढून टाकते, तर नंतरचे वेफरच्या पृष्ठभागावर कोरडे नायट्रोजन वायू उडवून पूर्ण कोरडे होण्याची खात्री देते.
दूषित
स्वच्छता प्रक्रियेचे नाव
रासायनिक मिश्रण वर्णन
रसायने
| कण | पिरान्हा (SPM) | सल्फ्यूरिक ऍसिड/हायड्रोजन पेरोक्साइड/DI पाणी | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; ९०° से |
| SC-1 (APM) | अमोनियम हायड्रॉक्साईड/हायड्रोजन पेरोक्साइड/DI पाणी | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| धातू (तांबे नाही) | SC-2 (HPM) | हायड्रोक्लोरिक ऍसिड/हायड्रोजन पेरोक्साइड/DI पाणी | HCl/H2O2/H2O1:1:6; ८५°से |
| पिरान्हा (SPM) | सल्फ्यूरिक ऍसिड/हायड्रोजन पेरोक्साइड/DI पाणी | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; ९०° से | |
| DHF | हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड/डीआय पाणी पातळ करा (तांबे काढणार नाही) | HF/H2O1:50 | |
| सेंद्रिय | पिरान्हा (SPM) | सल्फ्यूरिक ऍसिड/हायड्रोजन पेरोक्साइड/DI पाणी | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; ९०° से |
| SC-1 (APM) | अमोनियम हायड्रॉक्साईड/हायड्रोजन पेरोक्साइड/DI पाणी | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | डी-आयनीकृत पाण्यात ओझोन | O3/H2O ऑप्टिमाइझ केलेले मिश्रण | |
| नेटिव्ह ऑक्साइड | DHF | हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड/डीआय पाणी पातळ करा | HF/H2O 1:100 |
| BHF | बफर केलेले हायड्रोफ्लोरिक ऍसिड | NH4F/HF/H2O |
3. वेफर साफ करण्याच्या सामान्य पद्धती
1. आरसीए साफ करण्याची पद्धत
RCA साफसफाईची पद्धत ही सेमीकंडक्टर उद्योगातील सर्वात क्लासिक वेफर क्लीनिंग तंत्रांपैकी एक आहे, जी RCA कॉर्पोरेशनने 40 वर्षांपूर्वी विकसित केली आहे. ही पद्धत प्रामुख्याने सेंद्रिय दूषित आणि धातू आयन अशुद्धी काढून टाकण्यासाठी वापरली जाते आणि ती दोन चरणांमध्ये पूर्ण केली जाऊ शकते: SC-1 (स्टँडर्ड क्लीन 1) आणि SC-2 (स्टँडर्ड क्लीन 2).
SC-1 स्वच्छता: ही पायरी प्रामुख्याने सेंद्रिय दूषित घटक आणि कण काढून टाकण्यासाठी वापरली जाते. हे द्रावण अमोनिया, हायड्रोजन पेरॉक्साइड आणि पाण्याचे मिश्रण आहे, जे वेफरच्या पृष्ठभागावर पातळ सिलिकॉन ऑक्साईड थर बनवते.
SC-2 क्लीनिंग: ही पायरी प्रामुख्याने हायड्रोक्लोरिक ऍसिड, हायड्रोजन पेरोक्साइड आणि पाण्याचे मिश्रण वापरून धातूचे आयन दूषित घटक काढून टाकण्यासाठी वापरली जाते. ते पुनर्संचयित होण्यापासून रोखण्यासाठी वेफरच्या पृष्ठभागावर एक पातळ पॅसिव्हेशन थर सोडते.
2. पिरान्हा साफ करण्याची पद्धत (पिरान्हा इच क्लीन)
पिरान्हा साफसफाईची पद्धत हे सेंद्रिय पदार्थ काढून टाकण्यासाठी, सल्फ्यूरिक ऍसिड आणि हायड्रोजन पेरॉक्साइड यांचे मिश्रण वापरून, विशेषत: 3:1 किंवा 4:1 च्या प्रमाणात एक अत्यंत प्रभावी तंत्र आहे. या द्रावणाच्या अत्यंत मजबूत ऑक्सिडेटिव्ह गुणधर्मांमुळे, ते मोठ्या प्रमाणात सेंद्रिय पदार्थ आणि हट्टी दूषित पदार्थ काढून टाकू शकते. या पद्धतीसाठी वेफरचे नुकसान होऊ नये म्हणून, विशेषत: तापमान आणि एकाग्रतेच्या बाबतीत, परिस्थितीचे कठोर नियंत्रण आवश्यक आहे.
प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) क्लीनिंगमध्ये वेफरच्या पृष्ठभागावरील दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी द्रवामध्ये उच्च-फ्रिक्वेंसी ध्वनी लहरींद्वारे निर्माण होणारा पोकळ्या निर्माण करणारा प्रभाव वापरला जातो. पारंपारिक प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) साफसफाईच्या तुलनेत, मेगासोनिक साफसफाई उच्च वारंवारतेवर चालते, ज्यामुळे वेफरच्या पृष्ठभागास नुकसान न होता उप-मायक्रॉन-आकाराचे कण अधिक कार्यक्षमतेने काढून टाकता येतात.
4. ओझोन स्वच्छता
ओझोन क्लीनिंग तंत्रज्ञान ओझोनच्या मजबूत ऑक्सिडायझिंग गुणधर्मांचा उपयोग वेफरच्या पृष्ठभागावरील सेंद्रिय दूषित पदार्थांचे विघटन करण्यासाठी आणि काढून टाकण्यासाठी करते, शेवटी त्यांचे निरुपद्रवी कार्बन डायऑक्साइड आणि पाण्यात रूपांतर करते. या पद्धतीला महागड्या रासायनिक अभिकर्मकांचा वापर करण्याची आवश्यकता नाही आणि त्यामुळे पर्यावरणीय प्रदूषण कमी होते, ज्यामुळे ते वेफर साफ करण्याच्या क्षेत्रात एक उदयोन्मुख तंत्रज्ञान बनते.
4. वेफर क्लीनिंग प्रक्रिया उपकरणे
वेफर साफसफाईच्या प्रक्रियेची कार्यक्षमता आणि सुरक्षितता सुनिश्चित करण्यासाठी, सेमीकंडक्टर उत्पादनामध्ये विविध प्रकारची प्रगत स्वच्छता उपकरणे वापरली जातात. मुख्य प्रकारांमध्ये हे समाविष्ट आहे:
1. ओले स्वच्छता उपकरणे
ओल्या साफसफाईच्या उपकरणांमध्ये विविध विसर्जन टाक्या, अल्ट्रासोनिक साफसफाईच्या टाक्या आणि स्पिन ड्रायरचा समावेश होतो. वेफरच्या पृष्ठभागावरील दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी ही उपकरणे यांत्रिक शक्ती आणि रासायनिक अभिकर्मक एकत्र करतात. रासायनिक द्रावणांची स्थिरता आणि परिणामकारकता सुनिश्चित करण्यासाठी विसर्जन टाक्या सामान्यत: तापमान नियंत्रण प्रणालींनी सुसज्ज असतात.
2. ड्राय क्लीनिंग उपकरणे
ड्राय क्लीनिंग उपकरणांमध्ये प्रामुख्याने प्लाझ्मा क्लीनरचा समावेश होतो, जे प्लाझ्मामधील उच्च-ऊर्जेचे कण वापरतात आणि वेफर पृष्ठभागावरील अवशेष काढून टाकतात. रासायनिक अवशेषांचा परिचय न करता पृष्ठभागाची अखंडता राखणे आवश्यक असलेल्या प्रक्रियांसाठी प्लाझ्मा साफ करणे विशेषतः योग्य आहे.
3. स्वयंचलित स्वच्छता प्रणाली
सेमीकंडक्टर उत्पादनाच्या निरंतर विस्तारामुळे, स्वयंचलित साफसफाईची यंत्रणा मोठ्या प्रमाणात वेफर साफसफाईसाठी पसंतीची निवड बनली आहे. प्रत्येक वेफरसाठी सातत्यपूर्ण साफसफाईचे परिणाम सुनिश्चित करण्यासाठी या प्रणालींमध्ये सहसा स्वयंचलित हस्तांतरण यंत्रणा, मल्टी-टँक क्लिनिंग सिस्टम आणि अचूक नियंत्रण प्रणाली समाविष्ट असते.
5. भविष्यातील ट्रेंड
सेमीकंडक्टर उपकरणे कमी होत राहिल्याने, वेफर क्लिनिंग तंत्रज्ञान अधिक कार्यक्षम आणि पर्यावरणास अनुकूल उपायांकडे विकसित होत आहे. भविष्यातील स्वच्छता तंत्रज्ञान यावर लक्ष केंद्रित करेल:
सब-नॅनोमीटर कण काढून टाकणे: विद्यमान स्वच्छता तंत्रज्ञान नॅनोमीटर-स्केल कण हाताळू शकते, परंतु उपकरणाच्या आकारात आणखी घट झाल्यामुळे, उप-नॅनोमीटर कण काढून टाकणे हे एक नवीन आव्हान बनेल.
ग्रीन आणि इको-फ्रेंडली क्लीनिंग: पर्यावरणास हानिकारक रसायनांचा वापर कमी करणे आणि ओझोन क्लीनिंग आणि मेगासॉनिक क्लीनिंग यासारख्या पर्यावरणास अनुकूल साफसफाईच्या पद्धती विकसित करणे अधिकाधिक महत्त्वाचे होईल.
ऑटोमेशन आणि इंटेलिजन्सचे उच्च स्तर: इंटेलिजेंट सिस्टम साफसफाईच्या प्रक्रियेदरम्यान रिअल-टाइम मॉनिटरिंग आणि विविध पॅरामीटर्सचे समायोजन सक्षम करेल, ज्यामुळे साफसफाईची प्रभावीता आणि उत्पादन कार्यक्षमता आणखी सुधारेल.
वेफर क्लिनिंग तंत्रज्ञान, सेमीकंडक्टर उत्पादनातील एक महत्त्वाची पायरी म्हणून, त्यानंतरच्या प्रक्रियेसाठी स्वच्छ वेफर पृष्ठभाग सुनिश्चित करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावते. विविध साफसफाईच्या पद्धतींचे संयोजन प्रभावीपणे दूषित घटक काढून टाकते, पुढील चरणांसाठी स्वच्छ सब्सट्रेट पृष्ठभाग प्रदान करते. तंत्रज्ञानाची प्रगती होत असताना, सेमीकंडक्टर उत्पादनातील उच्च सुस्पष्टता आणि कमी दोष दरांच्या मागणीची पूर्तता करण्यासाठी स्वच्छता प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ केल्या जातील.
पोस्ट वेळ: ऑक्टोबर-०८-२०२४