सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेतील ओले स्वच्छता (वेट क्लीन) ही एक महत्त्वाची पायरी आहे, ज्याचा उद्देश वेफरच्या पृष्ठभागावरून विविध दूषित घटक काढून टाकणे आहे जेणेकरून पुढील प्रक्रिया चरण स्वच्छ पृष्ठभागावर करता येतील.
अर्धवाहक उपकरणांचा आकार कमी होत असताना आणि अचूकतेच्या आवश्यकता वाढत असताना, वेफर क्लिनिंग प्रक्रियेच्या तांत्रिक मागण्या अधिकाधिक कडक होत गेल्या आहेत. वेफर पृष्ठभागावरील सर्वात लहान कण, सेंद्रिय पदार्थ, धातूचे आयन किंवा ऑक्साईड अवशेष देखील उपकरणाच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम करू शकतात, ज्यामुळे अर्धवाहक उपकरणांचे उत्पन्न आणि विश्वासार्हता प्रभावित होते.
वेफर क्लीनिंगची मुख्य तत्त्वे
वेफर क्लीनिंगचा गाभा भौतिक, रासायनिक आणि इतर पद्धतींद्वारे वेफरच्या पृष्ठभागावरून विविध दूषित पदार्थ प्रभावीपणे काढून टाकणे आहे जेणेकरून वेफरची पृष्ठभाग पुढील प्रक्रियेसाठी योग्य स्वच्छ असेल.
दूषिततेचा प्रकार
उपकरणाच्या वैशिष्ट्यांवर मुख्य प्रभाव
| अवयव दूषित होणे | पॅटर्नमधील दोष
आयन इम्प्लांटेशन दोष
इन्सुलेटिंग फिल्म ब्रेकडाउन दोष
| |
| धातूचे दूषित होणे | अल्कली धातू | एमओएस ट्रान्झिस्टर अस्थिरता
गेट ऑक्साईड फिल्मचे बिघाड/क्षय
|
| जड धातू | वाढलेला पीएन जंक्शन रिव्हर्स लीकेज करंट
गेट ऑक्साईड फिल्म ब्रेकडाउन दोष
अल्पसंख्याक वाहकांचे आयुष्यमान अधोगती
ऑक्साइड उत्तेजन थर दोष निर्मिती
| |
| रासायनिक दूषितता | सेंद्रिय पदार्थ | गेट ऑक्साईड फिल्म ब्रेकडाउन दोष
सीव्हीडी फिल्ममधील विविधता (उष्मायन वेळ)
थर्मल ऑक्साईड फिल्म जाडीतील फरक (त्वरित ऑक्सिडेशन)
धुक्याची घटना (वेफर, लेन्स, आरसा, मुखवटा, रेटिकल)
|
| अजैविक डोपेंट्स (B, P) | एमओएस ट्रान्झिस्टर व्हीथ शिफ्ट्स
Si सब्सट्रेट आणि उच्च प्रतिरोधक पॉली-सिलिकॉन शीट प्रतिरोधक भिन्नता
| |
| अजैविक आम्ले (अमाइन, अमोनिया) आणि आम्ल (SOx) | रासायनिकदृष्ट्या प्रवर्धित प्रतिकारांच्या रिझोल्यूशनचे ऱ्हास
मीठ निर्मितीमुळे कण दूषित होणे आणि धुके येणे
| |
| ओलावा, हवेमुळे निर्माण होणारे मूळ आणि रासायनिक ऑक्साइड फिल्म्स | वाढलेला संपर्क प्रतिकार
गेट ऑक्साईड फिल्मचे बिघाड/क्षय
| |
विशेषतः, वेफर क्लीनिंग प्रक्रियेच्या उद्दिष्टांमध्ये हे समाविष्ट आहे:
कण काढून टाकणे: वेफरच्या पृष्ठभागावर जोडलेले लहान कण काढून टाकण्यासाठी भौतिक किंवा रासायनिक पद्धती वापरणे. लहान कण आणि वेफरच्या पृष्ठभागामधील मजबूत इलेक्ट्रोस्टॅटिक बलांमुळे ते काढणे अधिक कठीण असते, ज्यासाठी विशेष प्रक्रिया आवश्यक असते.
सेंद्रिय पदार्थ काढून टाकणे: ग्रीस आणि फोटोरेझिस्ट अवशेष यांसारखे सेंद्रिय दूषित पदार्थ वेफरच्या पृष्ठभागावर चिकटू शकतात. हे दूषित घटक सामान्यतः मजबूत ऑक्सिडायझिंग एजंट्स किंवा सॉल्व्हेंट्स वापरून काढले जातात.
धातूचे आयन काढून टाकणे: वेफरच्या पृष्ठभागावरील धातूचे आयन अवशेष विद्युत कार्यक्षमता खराब करू शकतात आणि त्यानंतरच्या प्रक्रियेच्या चरणांवर देखील परिणाम करू शकतात. म्हणून, हे आयन काढून टाकण्यासाठी विशिष्ट रासायनिक द्रावणांचा वापर केला जातो.
ऑक्साइड काढून टाकणे: काही प्रक्रियांमध्ये वेफर पृष्ठभाग ऑक्साइड थरांपासून मुक्त असणे आवश्यक असते, जसे की सिलिकॉन ऑक्साईड. अशा परिस्थितीत, काही साफसफाईच्या चरणांमध्ये नैसर्गिक ऑक्साइड थर काढून टाकणे आवश्यक असते.
वेफर क्लिनिंग तंत्रज्ञानाचे आव्हान म्हणजे वेफरच्या पृष्ठभागावर प्रतिकूल परिणाम न करता दूषित घटकांना कार्यक्षमतेने काढून टाकणे, जसे की पृष्ठभाग खडबडीत होणे, गंजणे किंवा इतर भौतिक नुकसान टाळणे.
२. वेफर क्लीनिंग प्रक्रिया प्रवाह
वेफर क्लिनिंग प्रक्रियेमध्ये सामान्यतः दूषित पदार्थ पूर्णपणे काढून टाकण्यासाठी आणि पूर्णपणे स्वच्छ पृष्ठभाग मिळविण्यासाठी अनेक पायऱ्यांचा समावेश असतो.
आकृती: बॅच-प्रकार आणि सिंगल-वेफर क्लीनिंगमधील तुलना
सामान्य वेफर साफसफाई प्रक्रियेमध्ये खालील मुख्य पायऱ्या असतात:
१. पूर्व-स्वच्छता (पूर्व-स्वच्छता)
पूर्व-स्वच्छतेचा उद्देश वेफरच्या पृष्ठभागावरून सैल दूषित घटक आणि मोठे कण काढून टाकणे आहे, जे सामान्यतः डीआयोनाइज्ड वॉटर (डीआय वॉटर) रिन्सिंग आणि अल्ट्रासोनिक क्लीनिंगद्वारे साध्य केले जाते. डीआयोनाइज्ड वॉटर सुरुवातीला वेफरच्या पृष्ठभागावरून कण आणि विरघळलेल्या अशुद्धता काढून टाकू शकते, तर अल्ट्रासोनिक क्लीनिंग कण आणि वेफर पृष्ठभागामधील बंध तोडण्यासाठी पोकळ्या निर्माण करण्याच्या प्रभावांचा वापर करते, ज्यामुळे त्यांना बाहेर काढणे सोपे होते.
२. रासायनिक स्वच्छता
रासायनिक स्वच्छता ही वेफर साफसफाई प्रक्रियेतील एक मुख्य पायरी आहे, ज्यामध्ये वेफरच्या पृष्ठभागावरून सेंद्रिय पदार्थ, धातूचे आयन आणि ऑक्साईड काढून टाकण्यासाठी रासायनिक द्रावणांचा वापर केला जातो.
सेंद्रिय पदार्थ काढून टाकणे: सामान्यतः, एसीटोन किंवा अमोनिया/पेरोक्साइड मिश्रण (SC-1) सेंद्रिय दूषित पदार्थ विरघळवण्यासाठी आणि ऑक्सिडाइझ करण्यासाठी वापरले जाते. SC-1 द्रावणाचे सामान्य प्रमाण NH₄OH आहे.
₂ओ₂
₂O = १:१:५, कार्यरत तापमान सुमारे २०°C.
धातू आयन काढून टाकणे: वेफर पृष्ठभागावरून धातू आयन काढून टाकण्यासाठी नायट्रिक आम्ल किंवा हायड्रोक्लोरिक आम्ल/पेरोक्साइड मिश्रण (SC-2) वापरले जातात. SC-2 द्रावणाचे सामान्य प्रमाण HCl आहे.
₂ओ₂
₂O = १:१:६, तापमान अंदाजे ८०°C वर राखले जाते.
ऑक्साइड काढून टाकणे: काही प्रक्रियांमध्ये, वेफर पृष्ठभागावरून मूळ ऑक्साइड थर काढून टाकणे आवश्यक असते, ज्यासाठी हायड्रोफ्लोरिक अॅसिड (HF) द्रावण वापरले जाते. HF द्रावणाचे सामान्य प्रमाण HF आहे.
₂O = १:५०, आणि ते खोलीच्या तपमानावर वापरले जाऊ शकते.
३. अंतिम स्वच्छता
रासायनिक साफसफाईनंतर, वेफर्सना पृष्ठभागावर कोणतेही रासायनिक अवशेष राहू नयेत याची खात्री करण्यासाठी सहसा अंतिम साफसफाईचा टप्पा पार पडतो. अंतिम साफसफाईमध्ये प्रामुख्याने पूर्णपणे धुण्यासाठी डीआयोनाइज्ड पाणी वापरले जाते. याव्यतिरिक्त, वेफरच्या पृष्ठभागावरील उर्वरित दूषित घटक काढून टाकण्यासाठी ओझोन वॉटर क्लीनिंग (O₃/H₂O) वापरले जाते.
४. वाळवणे
स्वच्छ केलेले वेफर्स वॉटरमार्क टाळण्यासाठी किंवा दूषित पदार्थ पुन्हा जोडण्यापासून रोखण्यासाठी लवकर वाळवावेत. सामान्य वाळवण्याच्या पद्धतींमध्ये स्पिन ड्रायिंग आणि नायट्रोजन शुद्धीकरण समाविष्ट आहे. पहिले वेफर्स उच्च वेगाने फिरवून वेफर्सच्या पृष्ठभागावरील ओलावा काढून टाकतात, तर दुसरे वेफर्सच्या पृष्ठभागावर कोरडे नायट्रोजन वायू फुंकून पूर्ण वाळवण्याची खात्री करतात.
दूषित पदार्थ
स्वच्छता प्रक्रियेचे नाव
रासायनिक मिश्रणाचे वर्णन
रसायने
| कण | पिरान्हा (एसपीएम) | सल्फ्यूरिक आम्ल/हायड्रोजन पेरॉक्साइड/डीआय पाणी | H2SO4/H2O2/H2O ३-४:१; ९०°से. |
| एससी-१ (एपीएम) | अमोनियम हायड्रॉक्साइड/हायड्रोजन पेरॉक्साइड/डीआय पाणी | NH4OH/H2O2/H2O १:४:२०; ८०°C | |
| धातू (तांबे नाही) | एससी-२ (एचपीएम) | हायड्रोक्लोरिक आम्ल/हायड्रोजन पेरॉक्साइड/डीआय पाणी | एचसीएल/एच२ओ२/एच२ओ१:१:६; ८५°से |
| पिरान्हा (एसपीएम) | सल्फ्यूरिक आम्ल/हायड्रोजन पेरॉक्साइड/डीआय पाणी | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; ९०°C | |
| डीएचएफ | हायड्रोफ्लोरिक आम्ल/डीआय पाणी पातळ करा (तांबे काढणार नाही) | एचएफ/एच२ओ१:५० | |
| सेंद्रिय पदार्थ | पिरान्हा (एसपीएम) | सल्फ्यूरिक आम्ल/हायड्रोजन पेरॉक्साइड/डीआय पाणी | H2SO4/H2O2/H2O ३-४:१; ९०°से. |
| एससी-१ (एपीएम) | अमोनियम हायड्रॉक्साइड/हायड्रोजन पेरॉक्साइड/डीआय पाणी | NH4OH/H2O2/H2O १:४:२०; ८०°C | |
| डीआयओ३ | डी-आयनीकृत पाण्यात ओझोन | O3/H2O ऑप्टिमाइज्ड मिश्रणे | |
| मूळ ऑक्साईड | डीएचएफ | हायड्रोफ्लोरिक आम्ल/डीआय पाणी पातळ करा | एचएफ/एच२ओ १:१०० |
| बीएचएफ | बफर केलेले हायड्रोफ्लोरिक आम्ल | एनएच४एफ/एचएफ/एच२ओ |
३. सामान्य वेफर साफसफाईच्या पद्धती
१. आरसीए साफसफाईची पद्धत
आरसीए क्लिनिंग पद्धत ही सेमीकंडक्टर उद्योगातील सर्वात क्लासिक वेफर क्लीनिंग तंत्रांपैकी एक आहे, जी आरसीए कॉर्पोरेशनने ४० वर्षांपूर्वी विकसित केली होती. ही पद्धत प्रामुख्याने सेंद्रिय दूषित घटक आणि धातू आयन अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी वापरली जाते आणि ती दोन चरणांमध्ये पूर्ण केली जाऊ शकते: एससी-१ (स्टँडर्ड क्लीन १) आणि एससी-२ (स्टँडर्ड क्लीन २).
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 वेफर पृष्ठभागावर एक पातळ सिलिकॉन ऑक्साईड थर तयार करते.
SC-2 स्वच्छता: ही पायरी प्रामुख्याने हायड्रोक्लोरिक आम्ल, हायड्रोजन पेरॉक्साइड आणि पाण्याचे मिश्रण वापरून धातूचे आयन दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी वापरली जाते. ते पुन्हा दूषित होण्यापासून रोखण्यासाठी वेफर पृष्ठभागावर एक पातळ पॅसिव्हेशन थर सोडते.
२. पिरान्हा साफसफाईची पद्धत (पिरान्हा एच क्लीन)
पिरान्हा स्वच्छता पद्धत ही सेंद्रिय पदार्थ काढून टाकण्यासाठी एक अत्यंत प्रभावी पद्धत आहे, ज्यामध्ये सल्फ्यूरिक आम्ल आणि हायड्रोजन पेरॉक्साइडचे मिश्रण वापरले जाते, जे सामान्यतः 3:1 किंवा 4:1 च्या प्रमाणात असते. या द्रावणाच्या अत्यंत मजबूत ऑक्सिडेटिव्ह गुणधर्मांमुळे, ते मोठ्या प्रमाणात सेंद्रिय पदार्थ आणि हट्टी दूषित पदार्थ काढून टाकू शकते. वेफरचे नुकसान टाळण्यासाठी या पद्धतीमध्ये परिस्थितीचे कठोर नियंत्रण आवश्यक आहे, विशेषतः तापमान आणि एकाग्रतेच्या बाबतीत.
अल्ट्रासोनिक क्लीनिंगमध्ये वेफरच्या पृष्ठभागावरील दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी द्रवातील उच्च-फ्रिक्वेन्सी ध्वनी लहरींद्वारे निर्माण होणाऱ्या पोकळ्या निर्माण होण्याच्या परिणामाचा वापर केला जातो. पारंपारिक अल्ट्रासोनिक क्लीनिंगच्या तुलनेत, मेगासोनिक क्लीनिंग उच्च वारंवारतेवर चालते, ज्यामुळे वेफरच्या पृष्ठभागाला नुकसान न होता कमी-मायक्रॉन-आकाराचे कण अधिक कार्यक्षमतेने काढून टाकता येतात.
४. ओझोन स्वच्छता
ओझोन क्लिनिंग तंत्रज्ञान ओझोनच्या मजबूत ऑक्सिडायझिंग गुणधर्मांचा वापर करून वेफरच्या पृष्ठभागावरून सेंद्रिय दूषित पदार्थांचे विघटन करून ते काढून टाकते, ज्यामुळे त्यांचे रूपांतर निरुपद्रवी कार्बन डायऑक्साइड आणि पाण्यात होते. या पद्धतीसाठी महागड्या रासायनिक अभिकर्मकांचा वापर करण्याची आवश्यकता नाही आणि त्यामुळे पर्यावरणीय प्रदूषण कमी होते, ज्यामुळे ते वेफर क्लिनिंगच्या क्षेत्रात एक उदयोन्मुख तंत्रज्ञान बनते.
४. वेफर क्लीनिंग प्रक्रिया उपकरणे
वेफर क्लिनिंग प्रक्रियेची कार्यक्षमता आणि सुरक्षितता सुनिश्चित करण्यासाठी, सेमीकंडक्टर उत्पादनात विविध प्रगत क्लिनिंग उपकरणे वापरली जातात. मुख्य प्रकारांमध्ये हे समाविष्ट आहे:
१. ओले स्वच्छता उपकरणे
ओल्या साफसफाईच्या उपकरणांमध्ये विविध विसर्जन टाक्या, अल्ट्रासोनिक साफसफाईच्या टाक्या आणि स्पिन ड्रायर यांचा समावेश होतो. ही उपकरणे वेफर पृष्ठभागावरून दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी यांत्रिक शक्ती आणि रासायनिक अभिकर्मक एकत्र करतात. रासायनिक द्रावणांची स्थिरता आणि प्रभावीता सुनिश्चित करण्यासाठी विसर्जन टाक्या सामान्यतः तापमान नियंत्रण प्रणालींनी सुसज्ज असतात.
२. ड्राय क्लीनिंग उपकरणे
ड्राय क्लीनिंग उपकरणांमध्ये प्रामुख्याने प्लाझ्मा क्लीनर असतात, जे वेफर पृष्ठभागावरील अवशेषांवर प्रतिक्रिया देण्यासाठी आणि काढून टाकण्यासाठी प्लाझ्मामधील उच्च-ऊर्जा कणांचा वापर करतात. प्लाझ्मा क्लीनिंग विशेषतः अशा प्रक्रियांसाठी योग्य आहे ज्यांना रासायनिक अवशेष न टाकता पृष्ठभागाची अखंडता राखण्याची आवश्यकता असते.
३. स्वयंचलित स्वच्छता प्रणाली
सेमीकंडक्टर उत्पादनाच्या सतत विस्तारासह, मोठ्या प्रमाणात वेफर क्लीनिंगसाठी स्वयंचलित क्लीनिंग सिस्टम पसंतीचा पर्याय बनला आहे. या सिस्टममध्ये बहुतेकदा स्वयंचलित ट्रान्सफर मेकॅनिझम, मल्टी-टँक क्लीनिंग सिस्टम आणि अचूक नियंत्रण सिस्टम समाविष्ट असतात जे प्रत्येक वेफरसाठी सातत्यपूर्ण साफसफाईचे परिणाम सुनिश्चित करतात.
५. भविष्यातील ट्रेंड
सेमीकंडक्टर उपकरणे कमी होत असताना, वेफर क्लीनिंग तंत्रज्ञान अधिक कार्यक्षम आणि पर्यावरणपूरक उपायांकडे विकसित होत आहे. भविष्यातील क्लीनिंग तंत्रज्ञान यावर लक्ष केंद्रित करेल:
सब-नॅनोमीटर कण काढणे: विद्यमान स्वच्छता तंत्रज्ञान नॅनोमीटर-स्केल कण हाताळू शकते, परंतु उपकरणाच्या आकारात आणखी घट झाल्यामुळे, सब-नॅनोमीटर कण काढणे एक नवीन आव्हान बनेल.
हिरवी आणि पर्यावरणपूरक स्वच्छता: पर्यावरणाला हानिकारक रसायनांचा वापर कमी करणे आणि ओझोन स्वच्छता आणि मेगासॉनिक स्वच्छता यासारख्या पर्यावरणपूरक स्वच्छता पद्धती विकसित करणे हे अधिक महत्त्वाचे बनेल.
ऑटोमेशन आणि बुद्धिमत्तेचे उच्च स्तर: बुद्धिमान प्रणाली साफसफाई प्रक्रियेदरम्यान विविध पॅरामीटर्सचे रिअल-टाइम देखरेख आणि समायोजन सक्षम करतील, ज्यामुळे साफसफाईची प्रभावीता आणि उत्पादन कार्यक्षमता आणखी सुधारेल.
सेमीकंडक्टर उत्पादनात एक महत्त्वाचा टप्पा म्हणून वेफर क्लीनिंग तंत्रज्ञान, पुढील प्रक्रियांसाठी स्वच्छ वेफर पृष्ठभाग सुनिश्चित करण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावते. विविध स्वच्छता पद्धतींचे संयोजन प्रभावीपणे दूषित पदार्थ काढून टाकते, पुढील चरणांसाठी स्वच्छ सब्सट्रेट पृष्ठभाग प्रदान करते. तंत्रज्ञान जसजसे पुढे जाईल तसतसे, सेमीकंडक्टर उत्पादनात उच्च अचूकता आणि कमी दोष दरांच्या मागण्या पूर्ण करण्यासाठी स्वच्छता प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ केल्या जातील.
पोस्ट वेळ: ऑक्टोबर-०८-२०२४