Ágrip: Eftir því sem stærð smára heldur áfram að minnka, verður flóknara framleiðsluferlið fyrir oblátur og kröfurnar um hálfleiðara blauthreinsunartækni verða sífellt hærri. Byggt á hefðbundinni hálfleiðarahreinsunartækni kynnir þessi ritgerð oblátuhreinsitæknina í háþróaðri hálfleiðaraframleiðslu og hreinsunarreglur ýmissa hreinsunarferla. Frá sjónarhóli hagkerfis og umhverfisverndar getur bætt fláhreinsunaraðferðartækni betur mætt þörfum háþróaðrar skúffuframleiðslu.
0 Inngangur Hreinsunarferlið er mikilvægur hlekkur í öllu hálfleiðaraframleiðsluferlinu og er einn af mikilvægum þáttum sem hafa áhrif á afköst og afrakstur hálfleiðaratækja. Í flísaframleiðsluferlinu getur hvers kyns mengun haft áhrif á afköst hálfleiðaratækja og jafnvel valdið bilun [1-2]. Þess vegna þarf hreinsunarferli fyrir og eftir nánast hvert ferli í flísframleiðslu til að fjarlægja yfirborðsmengun og tryggja hreinleika flísyfirborðsins, eins og sýnt er á mynd 1. Hreinsunarferlið er ferlið með hæsta hlutfallið í flísframleiðsluferlinu. , sem er um það bil 30% af öllum flísframleiðsluferlum.
Með þróun á ofurstórum samþættum hringrásum hafa flísarferlishnútar farið inn í 28nm, 14nm og jafnvel háþróaðri hnúta, samþættingin hefur haldið áfram að aukast, línubreiddin hefur haldið áfram að minnka og vinnsluflæðið orðið flóknara [ 3]. Háþróuð hnútaflísframleiðsla er næmari fyrir mengun og mengunarhreinsun við litlar aðstæður er erfiðari, sem leiðir til fjölgunar þrepa hreinsunarferlisins, sem gerir hreinsunarferlið flóknara, mikilvægara og krefjandi [4-5] . Hreinsunarferlið fyrir 90nm flís er um 90 skref og hreinsunarferlið fyrir 20nm flís hefur náð 215 skrefum. Þegar flísaframleiðsla fer inn í 14nm, 10nm og jafnvel hærri hnúta mun fjöldi hreinsunarferla halda áfram að aukast, eins og sýnt er á mynd 2.
1 Inngangur að hálfleiðarahreinsunarferli
Hreinsunarferli vísar til þess ferlis að fjarlægja óhreinindi á yfirborði skúffunnar með efnafræðilegri meðferð, gasi og eðlisfræðilegum aðferðum. Í hálfleiðaraframleiðsluferlinu geta óhreinindi eins og agnir, málmar, lífræn efni og náttúrulegt oxíðlag á yfirborði skífunnar haft áhrif á afköst, áreiðanleika og jafnvel afrakstur hálfleiðarabúnaðarins [6-8].
Segja má að hreinsunarferlið sé brú á milli hinna ýmsu framleiðsluferla á oblátum. Til dæmis er hreinsunarferlið notað fyrir húðunarferlið, fyrir ljósgreiningarferlið, eftir ætingarferlið, eftir vélræna malaferlið og jafnvel eftir jónaígræðsluferlið. Hreinsunarferlinu má gróflega skipta í tvennt, það er blauthreinsun og fatahreinsun.
1.1 Blauthreinsun
Blauthreinsun er að nota kemísk leysiefni eða afjónað vatn til að þrífa oblátuna. Samkvæmt vinnsluaðferðinni má skipta blauthreinsun í tvennt: dýfingaraðferð og úðunaraðferð, eins og sýnt er á mynd 3. Dýfingaraðferðin er að dýfa oblátunni í gámatank fylltan með efnaleysum eða afjónuðu vatni. Dýfingaraðferðin er mikið notuð aðferð, sérstaklega fyrir suma tiltölulega þroskaða hnúta. Sprautunaraðferðin er að úða kemískum leysum eða afjónuðu vatni á snúningsdiskinn til að fjarlægja óhreinindi. Dýfingaraðferðin getur unnið úr mörgum diskum á sama tíma, en úðaaðferðin getur aðeins unnið eina disk í einu í einu vinnsluhólfinu. Með þróun tækninnar verða kröfur um hreinsunartækni æ hærri og notkun úðunaraðferðarinnar verður sífellt útbreiddari.
1.2 Fatahreinsun
Eins og nafnið gefur til kynna er fatahreinsun ferli sem notar ekki kemísk leysiefni eða afjónað vatn, heldur notar gas eða plasma til hreinsunar. Með stöðugri framþróun tæknihnúta verða kröfur um hreinsunarferla hærri og hærri [9-10] og hlutfall notkunar eykst einnig. Úrgangsvökvi sem myndast við blauthreinsun eykst einnig. Í samanburði við blauthreinsun hefur fatahreinsun háan fjárfestingarkostnað, flókinn búnaðarrekstur og strangari hreinsunarskilyrði. Hins vegar, til að fjarlægja sum lífræn efni og nítríð og oxíð, hefur fatahreinsun meiri nákvæmni og framúrskarandi árangur.
2 Blauthreinsitækni í hálfleiðaraframleiðslu Samkvæmt mismunandi íhlutum hreinsivökvans er algenga blauthreinsitæknin í hálfleiðaraframleiðslu sýnd í töflu 1.
2.1 DIW hreinsitækni
Í blauthreinsunarferlinu við hálfleiðaraframleiðslu er algengasti hreinsivökvinn afjónað vatn (DIW). Vatn inniheldur leiðandi anjónir og katjónir. Afjónað vatn fjarlægir leiðandi jónir í vatni, sem gerir vatnið í grundvallaratriðum óleiðandi. Í hálfleiðaraframleiðslu er alls ekki leyfilegt að nota hrávatn beint. Annars vegar munu katjónir og jónir í hrávatninu menga búnaðarbyggingu skífunnar og hins vegar getur það valdið því að virkni tækisins breytist. Til dæmis getur hrávatnið hvarfast við efnið á yfirborði skífunnar til að tærast, eða myndað rafhlöðutæringu með sumum málmum á skífunni, og getur einnig valdið beinni breytingu á yfirborðsviðnámi skífunnar, sem leiðir til verulegrar tæringar lækkun á uppskeru oblátunnar eða jafnvel bein úreldingu. Í blauthreinsunarferlinu við hálfleiðaraframleiðslu eru tvö meginnotkun DIW.
(1) Notaðu aðeins DIW til að þrífa flötið. Það eru mismunandi form eins og rúllur, burstar eða stútar, og megintilgangurinn er að hreinsa sum óhreinindi á yfirborðinu. Í háþróaðri hálfleiðara framleiðsluferlinu er hreinsunaraðferðin næstum alltaf ein skífuaðferð, það er að segja að aðeins er hægt að þrífa eina skúffu í hólfinu á sama tíma. Aðferðin við að þrífa einni oblátu er einnig kynnt hér að ofan. Hreinsunaraðferðin sem notuð er er snúningsúðaaðferðin. Meðan á snúningi disksins stendur er yfirborð disksins hreinsað með rúllum, burstum, stútum osfrv. Í þessu ferli mun diskurinn nuddast við loftið og mynda þannig stöðurafmagn. Stöðugt rafmagn getur valdið göllum á yfirborði skúffunnar eða beint valdið bilun í tækinu. Því hærra sem hálfleiðaratæknihnúturinn er, því meiri kröfur eru gerðar til að meðhöndla galla. Þess vegna, í DIW blauthreinsunarferli háþróaðrar hálfleiðaraframleiðslu, eru ferlikröfur þess hærri. DIW er í grundvallaratriðum ekki leiðandi og ekki er hægt að losa stöðurafmagnið sem myndast við hreinsunarferlið. Þess vegna er koltvísýringsgasi (CO2) venjulega blandað í DIW í háþróuðum hnútum í hálfleiðaraframleiðsluferli, til að auka leiðni án þess að menga skífuna. Vegna mismunandi vinnslukrafna er ammoníakgasi (NH3) blandað í DIW í nokkrum tilfellum.
(2) Hreinsaðu afganginn af hreinsivökvanum á yfirborði skúffunnar. Þegar aðrir hreinsivökvar eru notaðir til að þrífa flötinn, eftir að hreinsivökvinn er notaður, þar sem skífan snýst, þó að mestu hreinsivökvanum hafi verið hent út, mun samt vera lítið magn af hreinsivökva eftir á yfirborðinu, og DIW er nauðsynlegt til að þrífa flöt yfirborðsins. Meginhlutverk DIW hér er að hreinsa leifar hreinsivökvans á yfirborðinu. Notkun hreinsivökva til að þrífa flötinn þýðir ekki að þessir hreinsivökvar muni aldrei tæra skúffuna, en ætingarhraði þeirra er frekar lítill og skammtímahreinsun mun ekki hafa áhrif á skífuna. Hins vegar, ef ekki er hægt að fjarlægja afganginn af hreinsivökvanum á áhrifaríkan hátt og leifar hreinsivökvans er leyft að vera á yfirborði skúffunnar í langan tíma, mun það samt tæra yfirborð skúffunnar. Að auki, jafnvel þó að hreinsilausnin tæri mjög lítið, er hreinsilausnin sem eftir er í skúffunni enn óþörf, sem er líklegt til að hafa áhrif á endanlega afköst tækisins. Þess vegna, eftir að hafa hreinsað diskinn með hreinsilausninni, vertu viss um að nota DIW til að hreinsa leifar af hreinsilausninni í tíma.
2.2 HF hreinsitækni
Eins og við vitum öll er sandur hreinsaður í kjarna. Kubburinn er myndaður af óteljandi útskurði á einni kristalskísilskífu. Aðalhlutinn á flísinni er einn kristal sílikon. Beinasta og áhrifaríkasta leiðin til að hreinsa náttúrulega oxíðlagið (SiO2) sem myndast á yfirborði einkristalls sílikons er að nota HF (flúrsýra) til að hreinsa. Þess vegna má segja að HF-hreinsun sé hreinsitæknin næst á eftir DIW. HF-hreinsun getur í raun fjarlægt náttúrulega oxíðlagið á yfirborði einkristalskísils og málmurinn sem festur er við yfirborð náttúrulega oxíðlagsins mun einnig leysast upp í hreinsilausninni. Á sama tíma getur HF einnig í raun hamlað myndun náttúrulegs oxíðfilmu. Þess vegna getur HF hreinsitækni fjarlægt nokkrar málmjónir, náttúrulegt oxíðlag og sumar óhreinindaagnir. Hins vegar hefur HF hreinsitækni einnig nokkur óumflýjanleg vandamál. Til dæmis, meðan náttúrulega oxíðlagið er fjarlægt á yfirborði kísilskúffunnar, verða nokkrar litlar gryfjur eftir á yfirborði kísilskífunnar eftir að hafa verið tærðar, sem hefur bein áhrif á grófleika yfirborðsins. Að auki, meðan yfirborðsoxíðfilman er fjarlægð, mun HF einnig fjarlægja suma málma, en sumir málmar vilja ekki tærast af HF. Með stöðugri framþróun hálfleiðaratæknihnúta verða kröfurnar um að þessir málmar megi ekki tærast af HF sífellt hærri, sem leiðir til þess að ekki er hægt að nota HF hreinsitæknina á stöðum þar sem hægt hefði verið að nota hana. Á sama tíma eru sumir málmar sem koma inn í hreinsilausnina og festast við yfirborð kísilskífunnar þar sem náttúrulega oxíðfilman leysist upp ekki auðveldlega fjarlægð með HF, sem leiðir til þess að þeir sitja eftir á yfirborði kísilskífunnar. Til að bregðast við ofangreindum vandamálum hafa nokkrar bættar aðferðir verið lagðar til. Til dæmis, þynntu HF eins mikið og mögulegt er til að draga úr styrk HF; bætið oxunarefni við HF, þessi aðferð getur í raun fjarlægt málminn sem er festur við yfirborð náttúrulega oxíðlagsins og oxunarefnið mun oxa málminn á yfirborðinu til að mynda oxíð, sem er auðveldara að fjarlægja við súr aðstæður. Á sama tíma mun HF fjarlægja fyrra náttúrulega oxíðlagið og oxunarefnið mun oxa einkristallskísillinn á yfirborðinu til að mynda nýtt oxíðlag til að koma í veg fyrir að málmurinn festist við yfirborð einkristallskísilsins; bæta anjónískum yfirborðsvirkum efnum við HF, þannig að yfirborð einkristallskísilsins í HF hreinsilausninni sé neikvæður möguleiki og yfirborð agnarinnar sé jákvæður. Að bæta við anjónískum yfirborðsvirkum efnum getur valdið því að möguleiki kísilyfirborðsins og agnayfirborðsins hafi sama merki, það er að yfirborðsgeta ögnarinnar breytist úr jákvæðu í neikvæða, sem er sama merki og neikvæður möguleiki kísilskífuyfirborðsins, þannig að raffráhrindingin myndast á milli yfirborðs kísilskúffunnar og agnayfirborðsins og kemur þannig í veg fyrir að agnir festist; bæta fléttuefni við HF-hreinsilausnina til að mynda flókið með óhreinindum, sem er beint uppleyst í hreinsilausninni og festist ekki við yfirborð kísilskúffunnar.
2.3 SC1 hreinsitækni
SC1 hreinsitækni er algengasta, ódýrasta og skilvirkasta hreinsunaraðferðin til að fjarlægja mengun af yfirborði fletsins. SC1 hreinsitækni getur fjarlægt lífræn efni, sumar málmjónir og sumar yfirborðsagnir á sama tíma. Meginreglan um SC1 til að fjarlægja lífræn efni er að nota oxandi áhrif vetnisperoxíðs og uppleysandi áhrif NH4OH til að breyta lífrænni mengun í vatnsleysanleg efnasambönd og losa þau síðan með lausninni. Vegna oxandi og fléttandi eiginleika þess getur SC1 lausn oxað sumar málmjónir, breytt þessum málmjónum í hágildar jónir og hvarfast síðan frekar við basa til að mynda leysanlegar fléttur sem losna með lausninni. Hins vegar hafa sumir málmar mikla frjálsa orku oxíða sem myndast eftir oxun, sem auðvelt er að festa við oxíðfilmuna á yfirborði skúffunnar (vegna þess að SC1 lausn hefur ákveðna oxandi eiginleika og myndar oxíðfilmu á yfirborði skúffunnar), svo þeir eru ekki auðvelt að fjarlægja, eins og málma eins og Al og Fe. Þegar málmjónir eru fjarlægðar mun hraði málmaðsogs og -afsogs á yfirborði skífunnar að lokum ná jafnvægi. Þess vegna, í háþróaðri framleiðsluferlum, er hreinsivökvinn notaður einu sinni fyrir ferla sem gera miklar kröfur til málmjóna. Það er tæmt beint eftir notkun og verður ekki notað aftur. Tilgangurinn er að draga úr málminnihaldi í hreinsivökvanum til að skola burt málminn á yfirborðinu eins mikið og hægt er. SC1 hreinsitækni getur einnig á áhrifaríkan hátt fjarlægt mengun yfirborðsagna og aðalbúnaðurinn er raffráhrinding. Í þessu ferli er hægt að framkvæma ultrasonic og megasonic hreinsun til að fá betri hreinsunaráhrif. SC1 hreinsitækni mun hafa veruleg áhrif á yfirborðsgrófleika skífunnar. Til þess að draga úr áhrifum SC1 hreinsitækni á yfirborðsgrófleika skífunnar er nauðsynlegt að móta viðeigandi hlutfall hreinsivökvahluta. Á sama tíma getur notkun hreinsivökva með lágri yfirborðsspennu komið á stöðugleika í fjarlægingarhraða agna, viðhaldið mikilli flutningsskilvirkni og dregið úr áhrifum á yfirborðsgrófleika skífunnar. Að bæta yfirborðsvirkum efnum við SC1 hreinsivökva getur dregið úr yfirborðsspennu hreinsivökvans. Að auki getur það að bæta klóbindandi efnum við SC1 hreinsivökva valdið því að málmurinn í hreinsivökvanum myndar stöðugt klóbindiefni, sem er gagnlegt til að hindra yfirborðsviðloðun málma.
2.4 SC2 hreinsitækni
SC2 hreinsitækni er einnig ódýr blauthreinsunartækni með góða hæfileika til að fjarlægja mengun. SC2 hefur afar sterka fléttandi eiginleika og getur hvarfast við málma fyrir oxun og myndað sölt sem eru fjarlægð með hreinsilausninni. Leysanlegu flétturnar sem myndast við hvarf oxaðra málmjóna við klóríðjónir verða einnig fjarlægðar með hreinsilausninni. Það má segja að með því skilyrði að hafa ekki áhrif á oblátuna, bæti SC1 hreinsitækni og SC2 hreinsitækni hvort annað upp. Málmviðloðun fyrirbæri í hreinsilausninni er auðvelt að eiga sér stað í basískri hreinsilausn (það er SC1 hreinsilausn) og það er ekki auðvelt að eiga sér stað í súrri lausn (SC2 hreinsilausn) og það hefur sterka getu til að fjarlægja málma á fleti yfirborðsins. Hins vegar, þó að hægt sé að fjarlægja málma eins og Cu eftir SC1 hreinsun, hafa sum málmviðloðunarvandamál náttúrulegs oxíðfilmunnar sem myndast á yfirborði skúffunnar ekki verið leyst og það er ekki hentugur fyrir SC2 hreinsitækni.
2.5 O3 hreinsitækni
Í flísaframleiðsluferlinu er O3 hreinsitækni aðallega notuð til að fjarlægja lífræn efni og sótthreinsa DIW. O3 hreinsun felur alltaf í sér oxun. Almennt séð er hægt að nota O3 til að fjarlægja lífræn efni, en vegna oxunar á O3 mun endurútfelling eiga sér stað á yfirborði skífunnar. Þess vegna er HF almennt notað í því ferli að nota O3. Að auki getur ferlið við að nota HF með O3 einnig fjarlægt nokkrar málmjónir. Það skal tekið fram að almennt er hærra hitastig gagnlegt til að fjarlægja lífræn efni, agnir og jafnvel málmjónir. Hins vegar, þegar O3 hreinsitækni er notuð, mun magn O3 sem er leyst upp í DIW minnka eftir því sem hitastigið hækkar. Með öðrum orðum, styrkur O3 leyst upp í DIW mun minnka eftir því sem hitastigið hækkar. Þess vegna er nauðsynlegt að fínstilla upplýsingar um O3 ferli til að hámarka hreinsunarskilvirkni. Í hálfleiðaraframleiðslu er einnig hægt að nota O3 til að sótthreinsa DIW, aðallega vegna þess að efnin sem notuð eru til að hreinsa drykkjarvatn innihalda almennt klór, sem er óviðunandi á sviði flísaframleiðslu. Önnur ástæða er sú að O3 brotnar niður í súrefni og mengar ekki DIW kerfið. Hins vegar er nauðsynlegt að stjórna súrefnisinnihaldi í DIW, sem getur ekki verið hærra en kröfur um notkun í hálfleiðaraframleiðslu. 2.6 Hreinsunartækni með lífrænum leysiefnum Í framleiðsluferli hálfleiðara koma oft einhver sérstök ferli við sögu. Í mörgum tilfellum er ekki hægt að nota aðferðirnar sem kynntar eru hér að ofan vegna þess að hreinsunarvirknin er ekki næg, sumir íhlutir sem ekki er hægt að þvo burt eru ætaðir og ekki er hægt að mynda oxíðfilmur. Þess vegna eru sum lífræn leysiefni einnig notuð til að ná tilgangi hreinsunar.
3 Niðurstaða
Í hálfleiðara framleiðsluferlinu er hreinsunarferlið ferlið með flestar endurtekningar. Notkun viðeigandi hreinsitækni getur bætt afrakstur flísaframleiðslu til muna. Með stórri stærð kísilþráða og smæðun tækjabúnaðar eykst stöflunþéttleikavísitalan og kröfurnar um þvottahreinsunartækni verða sífellt hærri. Það eru strangari kröfur um hreinleika yfirborðs yfirborðsins, efnafræðilegt ástand yfirborðsins, grófleika og þykkt oxíðfilmunnar. Byggt á þroskaðri ferlitækni kynnir þessi grein oblátuhreinsitæknina í háþróaðri oblátaframleiðslu og hreinsunarreglur ýmissa hreinsunarferla. Frá sjónarhóli hagkerfis og umhverfisverndar getur bætt fláhreinsunaraðferðartækni betur mætt þörfum háþróaðrar skúffuframleiðslu.
