اصول، فرآیندها، روش‌ها و تجهیزات تمیز کردن ویفر

شکل: مقایسه بین تمیز کردن دسته‌ای و تمیز کردن تک ویفر

یک فرآیند تمیز کردن ویفر معمولی شامل مراحل اصلی زیر است:

۱. پیش تمیزکاری (پیش تمیزکاری)

هدف از پیش‌تمیزکاری، حذف آلاینده‌های سست و ذرات بزرگ از سطح ویفر است که معمولاً از طریق شستشو با آب دیونیزه (DI Water) و تمیز کردن اولتراسونیک حاصل می‌شود. آب دیونیزه می‌تواند در ابتدا ذرات و ناخالصی‌های محلول را از سطح ویفر حذف کند، در حالی که تمیز کردن اولتراسونیک از اثرات کاویتاسیون برای شکستن پیوند بین ذرات و سطح ویفر استفاده می‌کند و جدا کردن آنها را آسان‌تر می‌کند.

۲. تمیز کردن شیمیایی

تمیزکاری شیمیایی یکی از مراحل اصلی در فرآیند تمیزکاری ویفر است که با استفاده از محلول‌های شیمیایی، مواد آلی، یون‌های فلزی و اکسیدها را از سطح ویفر حذف می‌کند.

حذف مواد آلی: معمولاً از استون یا مخلوط آمونیاک/پراکسید (SC-1) برای حل کردن و اکسید کردن آلاینده‌های آلی استفاده می‌شود. نسبت معمول برای محلول SC-1، NH₄OH است.

₂O₂

₂O = 1:1:5، با دمای کاری حدود 20 درجه سانتیگراد.

حذف یون فلزی: مخلوط‌های اسید نیتریک یا اسید هیدروکلریک/پراکسید (SC-2) برای حذف یون‌های فلزی از سطح ویفر استفاده می‌شوند. نسبت معمول برای محلول SC-2، HCl است.

₂O₂

₂O = 1:1:6، با دمای تقریباً 80 درجه سانتیگراد.

حذف اکسید: در برخی فرآیندها، حذف لایه اکسید بومی از سطح ویفر مورد نیاز است که برای این کار از محلول اسید هیدروفلوئوریک (HF) استفاده می‌شود. نسبت معمول برای محلول HF، HF است.

₂O = 1:50، و می‌توان آن را در دمای اتاق استفاده کرد.

۳. تمیزکاری نهایی

پس از تمیز کردن شیمیایی، ویفرها معمولاً یک مرحله تمیز کردن نهایی را طی می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که هیچ گونه باقیمانده شیمیایی روی سطح باقی نمانده است. تمیز کردن نهایی عمدتاً از آب دیونیزه برای شستشوی کامل استفاده می‌کند. علاوه بر این، تمیز کردن با آب ازن (O₃/H₂O) برای حذف بیشتر هرگونه آلودگی باقی مانده از سطح ویفر استفاده می‌شود.

۴. خشک کردن

ویفرهای تمیز شده باید به سرعت خشک شوند تا از ایجاد واترمارک یا اتصال مجدد آلاینده‌ها جلوگیری شود. روش‌های رایج خشک کردن شامل خشک کردن چرخشی و تصفیه نیتروژنی است. روش اول با چرخش با سرعت بالا رطوبت را از سطح ویفر حذف می‌کند، در حالی که روش دوم با دمیدن گاز نیتروژن خشک در سراسر سطح ویفر، خشک شدن کامل را تضمین می‌کند.

آلاینده

نام روش تمیز کردن

شرح مخلوط شیمیایی

مواد شیمیایی

ذرات	پیرانا (SPM)	اسید سولفوریک/پراکسید هیدروژن/آب دیونیزه	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجه سانتیگراد
	SC-1 (APM)	هیدروکسید آمونیوم/پراکسید هیدروژن/آب دیونیزه	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجه سانتیگراد
فلزات (غیر از مس)	SC-2 (HPM)	اسید هیدروکلریک/پراکسید هیدروژن/آب دیونیزه	HCl/H2O2/H2O1:1:6؛ ۸۵ درجه سانتی‌گراد
	پیرانا (SPM)	اسید سولفوریک/پراکسید هیدروژن/آب دیونیزه	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1؛ 90 درجه سانتیگراد
	دی اچ اف	اسید هیدروفلوئوریک رقیق/آب دیونیزه (مس را حذف نمی‌کند)	HF/H2O1:50
ارگانیک‌ها	پیرانا (SPM)	اسید سولفوریک/پراکسید هیدروژن/آب دیونیزه	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجه سانتیگراد
	SC-1 (APM)	هیدروکسید آمونیوم/پراکسید هیدروژن/آب دیونیزه	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجه سانتیگراد
	دی او۳	ازن در آب دیونیزه	مخلوط‌های بهینه‌شده O3/H2O
اکسید بومی	دی اچ اف	اسید هیدروفلوئوریک/آب دیونیزه رقیق شده	HF/H2O 1:100
	بی اچ اف	اسید هیدروفلوئوریک بافر شده	NH4F/HF/H2O

۳. روش‌های رایج تمیز کردن ویفر

۱. روش تمیز کردن RCA

روش تمیز کردن RCA یکی از کلاسیک‌ترین تکنیک‌های تمیز کردن ویفر در صنعت نیمه‌هادی است که بیش از ۴۰ سال پیش توسط شرکت RCA توسعه داده شده است. این روش در درجه اول برای حذف آلاینده‌های آلی و ناخالصی‌های یون فلزی استفاده می‌شود و می‌تواند در دو مرحله انجام شود: SC-1 (Standard Clean 1) و SC-2 (Standard Clean 2).

تمیز کردن SC-1: این مرحله عمدتاً برای حذف آلاینده‌ها و ذرات آلی استفاده می‌شود. محلول ترکیبی از آمونیاک، پراکسید هیدروژن و آب است که یک لایه نازک اکسید سیلیکون روی سطح ویفر تشکیل می‌دهد.

تمیز کردن SC-2: این مرحله در درجه اول برای حذف آلاینده‌های یون فلزی، با استفاده از مخلوطی از اسید هیدروکلریک، پراکسید هیدروژن و آب استفاده می‌شود. این مرحله یک لایه نازک غیرفعال روی سطح ویفر باقی می‌گذارد تا از آلودگی مجدد جلوگیری کند.