กระบวนการทำความสะอาดแบบเปียกสารกึ่งตัวนำ

บทคัดย่อ: เนื่องจากขนาดของทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง กระบวนการผลิตเวเฟอร์จึงมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ และความต้องการเทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบเปียกของเซมิคอนดักเตอร์ก็เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ โดยอ้างอิงจากเทคโนโลยีการทำความสะอาดเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม บทความนี้จะแนะนำเทคโนโลยีการทำความสะอาดเวเฟอร์ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงและหลักการทำความสะอาดของกระบวนการทำความสะอาดต่างๆ จากมุมมองของเศรษฐกิจและการปกป้องสิ่งแวดล้อม การปรับปรุงเทคโนโลยีกระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์สามารถตอบสนองความต้องการของการผลิตเวเฟอร์ขั้นสูงได้ดีขึ้น

0 บทนำ กระบวนการทำความสะอาดเป็นส่วนสำคัญตลอดกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด และเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและผลผลิตของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ในกระบวนการผลิตชิป สิ่งปนเปื้อนใดๆ อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และอาจทำให้เกิดความล้มเหลวได้ [1-2] ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีกระบวนการทำความสะอาดก่อนและหลังเกือบทุกกระบวนการในการผลิตชิป เพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวและเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวเวเฟอร์สะอาด ดังที่แสดงในรูปที่ 1 กระบวนการทำความสะอาดเป็นกระบวนการที่มีสัดส่วนสูงสุดในกระบวนการผลิตชิป โดยคิดเป็นประมาณ 30% ของกระบวนการผลิตชิปทั้งหมด

ด้วยการพัฒนาของวงจรรวมขนาดใหญ่พิเศษ โหนดกระบวนการชิปได้เข้าสู่โหนด 28 นาโนเมตร 14 นาโนเมตรและโหนดขั้นสูงกว่า การผสานรวมยังคงเพิ่มขึ้น ความกว้างของเส้นลดลงอย่างต่อเนื่อง และกระบวนการไหลก็ซับซ้อนมากขึ้น [3] การผลิตชิปโหนดขั้นสูงมีความอ่อนไหวต่อการปนเปื้อนมากขึ้น และการทำความสะอาดสิ่งปนเปื้อนภายใต้เงื่อนไขขนาดเล็กนั้นยากขึ้น ซึ่งนำไปสู่ขั้นตอนกระบวนการทำความสะอาดที่เพิ่มขึ้น ทำให้กระบวนการทำความสะอาดมีความซับซ้อนมากขึ้น สำคัญมากขึ้น และท้าทายมากขึ้น [4-5] กระบวนการทำความสะอาดสำหรับชิป 90 นาโนเมตรมีประมาณ 90 ขั้นตอน และกระบวนการทำความสะอาดสำหรับชิป 20 นาโนเมตรมี 215 ขั้นตอน เมื่อการผลิตชิปเข้าสู่โหนด 14 นาโนเมตร 10 นาโนเมตรและโหนดที่สูงกว่า จำนวนกระบวนการทำความสะอาดจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดังที่แสดงในรูปที่ 2

1 บทนำเกี่ยวกับกระบวนการทำความสะอาดเซมิคอนดักเตอร์

กระบวนการทำความสะอาดหมายถึงกระบวนการขจัดสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของเวเฟอร์โดยใช้กระบวนการทางเคมี ก๊าซ และฟิสิกส์ ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งสกปรก เช่น อนุภาค โลหะ สารอินทรีย์ และชั้นออกไซด์ธรรมชาติบนพื้นผิวของเวเฟอร์อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และแม้แต่ผลผลิตของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ [6-8]

กระบวนการทำความสะอาดอาจกล่าวได้ว่าเป็นสะพานเชื่อมระหว่างกระบวนการผลิตเวเฟอร์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น กระบวนการทำความสะอาดจะใช้ก่อนกระบวนการเคลือบ ก่อนกระบวนการโฟโตลิโทกราฟี หลังกระบวนการแกะสลัก หลังกระบวนการเจียรด้วยเครื่องจักร และแม้กระทั่งหลังกระบวนการฝังไอออน กระบวนการทำความสะอาดสามารถแบ่งได้คร่าวๆ เป็น 2 ประเภท คือ การทำความสะอาดแบบเปียกและการทำความสะอาดแบบแห้ง

1.1 การทำความสะอาดแบบเปียก

การทำความสะอาดแบบเปียกคือการใช้ตัวทำละลายทางเคมีหรือน้ำดีไอออนไนซ์ในการทำความสะอาดเวเฟอร์ ตามวิธีการดำเนินการ การทำความสะอาดแบบเปียกสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ วิธีการจุ่มและวิธีการฉีดพ่น ดังแสดงในรูปที่ 3 วิธีการจุ่มคือการจุ่มเวเฟอร์ในถังบรรจุที่เต็มไปด้วยตัวทำละลายทางเคมีหรือน้ำดีไอออนไนซ์ วิธีการจุ่มเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโหนดที่ค่อนข้างโตเต็มที่ วิธีการฉีดพ่นคือการพ่นตัวทำละลายทางเคมีหรือน้ำดีไอออนไนซ์ลงบนเวเฟอร์ที่หมุนเพื่อขจัดสิ่งสกปรก วิธีการจุ่มสามารถประมวลผลเวเฟอร์ได้หลายแผ่นในเวลาเดียวกัน ในขณะที่วิธีการฉีดพ่นสามารถประมวลผลเวเฟอร์ได้ครั้งละหนึ่งแผ่นในห้องปฏิบัติการหนึ่งห้อง ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยี ความต้องการเทคโนโลยีการทำความสะอาดจึงเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ และการใช้วิธีการฉีดพ่นก็แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ

1.2 การซักแห้ง

ตามชื่อที่บ่งบอก การซักแห้งคือกระบวนการที่ไม่ใช้ตัวทำละลายเคมีหรือน้ำที่ผ่านการดีไอออนไนซ์ แต่ใช้ก๊าซหรือพลาสม่าในการทำความสะอาด ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของโหนดเทคโนโลยี ความต้องการสำหรับกระบวนการทำความสะอาดจึงสูงขึ้นเรื่อยๆ [9-10] และสัดส่วนการใช้งานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ของเหลวเสียที่เกิดจากการทำความสะอาดแบบเปียกก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อเปรียบเทียบกับการทำความสะอาดแบบเปียก การซักแห้งจะมีต้นทุนการลงทุนสูง การทำงานของอุปกรณ์ที่ซับซ้อน และเงื่อนไขการทำความสะอาดที่เข้มงวดยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับการกำจัดสารอินทรีย์ ไนไตรด์ และออกไซด์บางส่วน การซักแห้งจะมีความแม่นยำสูงกว่าและให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม

2 เทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบเปียกในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ตารางที่ 1 แสดงเทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบเปียกที่ใช้ทั่วไปในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โดยแบ่งตามส่วนประกอบต่างๆ ของของเหลวทำความสะอาด

2.1 เทคโนโลยีการทำความสะอาด DIW

ในกระบวนการทำความสะอาดแบบเปียกของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ น้ำยาทำความสะอาดที่ใช้กันทั่วไปที่สุดคือน้ำดีไอออนไนซ์ (DIW) น้ำประกอบด้วยไอออนลบและไอออนบวกที่นำไฟฟ้าได้ น้ำดีไอออนไนซ์จะกำจัดไอออนลบในน้ำ ทำให้น้ำกลายเป็นสารที่ไม่นำไฟฟ้า ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ห้ามใช้น้ำดิบโดยตรงโดยเด็ดขาด ในแง่หนึ่ง ไอออนบวกและไอออนในน้ำดิบจะปนเปื้อนโครงสร้างอุปกรณ์ของเวเฟอร์ และในอีกด้านหนึ่ง อาจทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์เบี่ยงเบนไป ตัวอย่างเช่น น้ำดิบอาจทำปฏิกิริยากับวัสดุบนพื้นผิวของเวเฟอร์จนเกิดการกัดกร่อน หรือทำให้แบตเตอรี่เกิดการกัดกร่อนกับโลหะบางชนิดบนเวเฟอร์ และอาจทำให้ความต้านทานพื้นผิวของเวเฟอร์เปลี่ยนแปลงโดยตรง ส่งผลให้ผลผลิตของเวเฟอร์ลดลงอย่างมากหรืออาจถึงขั้นต้องขูดออกโดยตรง ในกระบวนการทำความสะอาดแบบเปียกของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ DIW มีอยู่ 2 การใช้งานหลัก

(1) ใช้ DIW เท่านั้นในการทำความสะอาดพื้นผิวเวเฟอร์ มีรูปแบบต่างๆ เช่น ลูกกลิ้ง แปรง หรือหัวฉีด และวัตถุประสงค์หลักคือเพื่อทำความสะอาดสิ่งสกปรกบางส่วนบนพื้นผิวเวเฟอร์ ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง วิธีการทำความสะอาดมักจะเป็นวิธีการเวเฟอร์เดี่ยวเสมอ นั่นคือ สามารถทำความสะอาดเวเฟอร์ได้เพียงชิ้นเดียวในห้องในเวลาเดียวกัน วิธีการทำความสะอาดเวเฟอร์ชิ้นเดียวก็ได้ถูกแนะนำไว้ข้างต้น วิธีการทำความสะอาดที่ใช้คือวิธีการสเปรย์หมุน ในระหว่างการหมุนของเวเฟอร์ พื้นผิวของเวเฟอร์จะถูกทำความสะอาดโดยลูกกลิ้ง แปรง หัวฉีด ฯลฯ ในกระบวนการนี้ เวเฟอร์จะถูกับอากาศ จึงก่อให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์ ไฟฟ้าสถิตย์อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องบนพื้นผิวเวเฟอร์หรือทำให้เครื่องขัดข้องโดยตรง ยิ่งโหนดเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์สูงขึ้น ข้อกำหนดในการจัดการข้อบกพร่องก็จะสูงขึ้น ดังนั้น ในกระบวนการทำความสะอาดแบบเปียก DIW ของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง ข้อกำหนดของกระบวนการจึงสูงขึ้น โดยทั่วไปแล้ว DIW จะไม่นำไฟฟ้า และไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการทำความสะอาดจะไม่สามารถปล่อยออกมาได้ดี ดังนั้น ในโหนดกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าโดยไม่ปนเปื้อนเวเฟอร์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มักจะถูกผสมลงใน DIW เนื่องจากข้อกำหนดของกระบวนการที่แตกต่างกัน ก๊าซแอมโมเนีย (NH3) จึงถูกผสมลงใน DIW ในบางกรณี

(2) ทำความสะอาดน้ำยาทำความสะอาดที่เหลือบนพื้นผิวเวเฟอร์ เมื่อใช้น้ำยาทำความสะอาดชนิดอื่นในการทำความสะอาดพื้นผิวเวเฟอร์ หลังจากใช้น้ำยาทำความสะอาดแล้ว ขณะที่เวเฟอร์หมุน แม้ว่าน้ำยาทำความสะอาดส่วนใหญ่จะถูกทิ้งไปแล้ว แต่น้ำยาทำความสะอาดก็ยังคงเหลืออยู่บนพื้นผิวเวเฟอร์อยู่บ้าง และต้องใช้ DIW ในการทำความสะอาดพื้นผิวเวเฟอร์ หน้าที่หลักของ DIW คือทำความสะอาดน้ำยาทำความสะอาดที่เหลือบนพื้นผิวเวเฟอร์ การใช้น้ำยาทำความสะอาดเพื่อทำความสะอาดพื้นผิวเวเฟอร์ไม่ได้หมายความว่าน้ำยาทำความสะอาดเหล่านี้จะไม่กัดกร่อนเวเฟอร์เลย แต่การกัดกร่อนของน้ำยาเหล่านี้ค่อนข้างต่ำ และการทำความสะอาดในระยะสั้นจะไม่ส่งผลกระทบต่อเวเฟอร์ อย่างไรก็ตาม หากไม่สามารถกำจัดน้ำยาทำความสะอาดที่เหลือได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปล่อยให้น้ำยาทำความสะอาดที่เหลืออยู่บนพื้นผิวเวเฟอร์เป็นเวลานาน น้ำยาทำความสะอาดที่เหลือก็ยังคงกัดกร่อนพื้นผิวเวเฟอร์อยู่ดี นอกจากนี้ แม้ว่าสารทำความสะอาดจะกัดกร่อนเพียงเล็กน้อย แต่สารทำความสะอาดที่เหลือในเวเฟอร์ก็ยังคงมีอยู่ ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของอุปกรณ์ได้ ดังนั้น หลังจากทำความสะอาดเวเฟอร์ด้วยสารทำความสะอาดแล้ว อย่าลืมใช้ DIW เพื่อทำความสะอาดสารทำความสะอาดที่เหลือในเวลาที่เหมาะสม

2.2 เทคโนโลยีการทำความสะอาด HF

อย่างที่เราทราบกันดีว่าทรายจะถูกทำให้ละเอียดจนกลายเป็นแกนกลาง ชิปถูกสร้างขึ้นโดยการแกะสลักนับไม่ถ้วนบนเวเฟอร์ซิลิกอนผลึกเดี่ยว ส่วนประกอบหลักบนชิปคือซิลิกอนผลึกเดี่ยว วิธีที่ตรงและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการทำความสะอาดชั้นออกไซด์ธรรมชาติ (SiO2) ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของซิลิกอนผลึกเดี่ยวคือการใช้ HF (กรดไฮโดรฟลูออริก) ในการทำความสะอาด ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่าการทำความสะอาด HF เป็นเทคโนโลยีการทำความสะอาดรองจาก DIW เท่านั้น การทำความสะอาด HF สามารถขจัดชั้นออกไซด์ธรรมชาติบนพื้นผิวของซิลิกอนผลึกเดี่ยวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และโลหะที่ติดอยู่บนพื้นผิวของชั้นออกไซด์ธรรมชาติจะละลายลงในสารละลายทำความสะอาด ในเวลาเดียวกัน HF ยังสามารถยับยั้งการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น เทคโนโลยีการทำความสะอาด HF จึงสามารถขจัดไอออนโลหะ ชั้นออกไซด์ธรรมชาติ และอนุภาคสิ่งเจือปนบางส่วนได้ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการทำความสะอาด HF ยังมีปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้บางประการ ตัวอย่างเช่น ในขณะที่ขจัดชั้นออกไซด์ธรรมชาติบนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอน จะมีหลุมเล็กๆ เหลืออยู่บนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอนหลังจากถูกกัดกร่อน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความหยาบของพื้นผิวเวเฟอร์ นอกจากนี้ ในขณะที่ขจัดฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิว HF จะขจัดโลหะบางส่วนออกไปด้วย แต่โลหะบางส่วนไม่ต้องการให้ HF กัดกร่อน ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของโหนดเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ข้อกำหนดสำหรับโลหะเหล่านี้ที่จะไม่ถูกกัดกร่อนโดย HF จึงสูงขึ้นเรื่อยๆ ส่งผลให้เทคโนโลยีการทำความสะอาด HF ไม่สามารถใช้งานได้ในสถานที่ที่ควรจะใช้ ในเวลาเดียวกัน โลหะบางชนิดที่เข้าไปในสารละลายทำความสะอาดและยึดติดกับพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอนเมื่อฟิล์มออกไซด์ธรรมชาติละลายนั้น HF ไม่สามารถขจัดออกได้ง่าย ส่งผลให้โลหะเหล่านั้นยังคงอยู่บนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอน เพื่อตอบสนองต่อปัญหาข้างต้น ได้มีการเสนอวิธีการที่ดีขึ้นบางอย่าง ตัวอย่างเช่น เจือจาง HF ให้ได้มากที่สุดเพื่อลดความเข้มข้นของ HF เติมสารออกซิแดนท์ลงใน HF วิธีนี้สามารถกำจัดโลหะที่ติดอยู่บนพื้นผิวของชั้นออกไซด์ธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสารออกซิแดนท์จะออกซิไดซ์โลหะบนพื้นผิวเพื่อสร้างออกไซด์ ซึ่งกำจัดได้ง่ายกว่าในสภาวะที่มีกรด ในเวลาเดียวกัน HF จะกำจัดชั้นออกไซด์ธรรมชาติก่อนหน้า และสารออกซิแดนท์จะออกซิไดซ์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวบนพื้นผิวเพื่อสร้างชั้นออกไซด์ใหม่เพื่อป้องกันไม่ให้โลหะเกาะติดกับพื้นผิวของซิลิคอนผลึกเดี่ยว เติมสารลดแรงตึงผิวประจุลบลงใน HF เพื่อให้พื้นผิวของซิลิคอนผลึกเดี่ยวในสารละลายทำความสะอาด HF มีศักย์ลบ และพื้นผิวของอนุภาคมีศักย์บวก การเติมสารลดแรงตึงผิวประจุลบสามารถทำให้ศักย์ของพื้นผิวซิลิคอนและพื้นผิวอนุภาคมีสัญญาณเดียวกัน นั่นคือ ศักย์พื้นผิวของอนุภาคเปลี่ยนจากบวกเป็นลบ ซึ่งเป็นสัญญาณเดียวกับศักย์ลบของพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอน ทำให้เกิดการผลักกันทางไฟฟ้าระหว่างพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอนและพื้นผิวอนุภาค จึงป้องกันการเกาะติดของอนุภาค เติมตัวแทนสร้างสารเชิงซ้อนลงในสารละลายทำความสะอาด HF เพื่อสร้างสารเชิงซ้อนที่มีสิ่งเจือปน ซึ่งจะละลายในสารละลายทำความสะอาดโดยตรง และจะไม่เกาะติดกับพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอน

2.3 เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC1

เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC1 เป็นวิธีการทำความสะอาดที่ใช้ต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพสูงที่สุดในการขจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากพื้นผิวเวเฟอร์ เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC1 สามารถขจัดสารอินทรีย์ ไอออนโลหะบางชนิด และอนุภาคบนพื้นผิวบางส่วนได้ในเวลาเดียวกัน หลักการของ SC1 ในการกำจัดสารอินทรีย์คือการใช้เอฟเฟกต์ออกซิไดซ์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเอฟเฟกต์การละลายของ NH4OH เพื่อเปลี่ยนสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์ให้เป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ จากนั้นจึงปล่อยประจุออกพร้อมกับสารละลาย เนื่องจากคุณสมบัติออกซิไดซ์และการเกิดปฏิกิริยาเชิงซ้อน สารละลาย SC1 จึงสามารถออกซิไดซ์ไอออนโลหะบางชนิดได้ เปลี่ยนไอออนโลหะเหล่านี้ให้เป็นไอออนที่มีประจุสูง จากนั้นจึงทำปฏิกิริยากับด่างต่อไปเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้และปล่อยประจุออกพร้อมกับสารละลาย อย่างไรก็ตาม โลหะบางชนิดมีพลังงานอิสระของออกไซด์สูงที่เกิดขึ้นหลังการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งสามารถยึดติดกับฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวเวเฟอร์ได้ง่าย (เนื่องจากสารละลาย SC1 มีคุณสมบัติออกซิไดซ์บางประการและจะสร้างฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวเวเฟอร์) ดังนั้นจึงไม่สามารถขจัดออกได้ง่าย เช่น โลหะ เช่น Al และ Fe เมื่อกำจัดไอออนโลหะ อัตราการดูดซับและการแยกตัวของโลหะบนพื้นผิวเวเฟอร์จะถึงจุดสมดุลในที่สุด ดังนั้น ในกระบวนการผลิตขั้นสูง น้ำยาทำความสะอาดจึงถูกใช้เพียงครั้งเดียวสำหรับกระบวนการที่มีความต้องการไอออนโลหะสูง น้ำยาจะถูกปล่อยออกโดยตรงหลังการใช้งานและจะไม่ถูกนำมาใช้ซ้ำอีก จุดประสงค์คือเพื่อลดปริมาณโลหะในน้ำยาทำความสะอาดเพื่อชะล้างโลหะบนพื้นผิวเวเฟอร์ให้มากที่สุด เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC1 ยังสามารถขจัดสิ่งปนเปื้อนของอนุภาคบนพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และกลไกหลักคือการผลักด้วยไฟฟ้า ในกระบวนการนี้ การทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิกและเมกะโซนิคสามารถดำเนินการได้เพื่อให้ได้ผลการทำความสะอาดที่ดีขึ้น เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC1 จะมีผลอย่างมากต่อความหยาบของพื้นผิวของเวเฟอร์ เพื่อลดผลกระทบของเทคโนโลยีการทำความสะอาด SC1 ต่อความหยาบของพื้นผิวของเวเฟอร์ จำเป็นต้องกำหนดอัตราส่วนของส่วนประกอบน้ำยาทำความสะอาดที่เหมาะสม ในเวลาเดียวกัน การใช้น้ำยาทำความสะอาดที่มีแรงตึงผิวต่ำสามารถทำให้อัตราการกำจัดอนุภาคคงที่ รักษาประสิทธิภาพการกำจัดที่สูง และลดผลกระทบต่อความหยาบของพื้นผิวของเวเฟอร์ การเติมสารลดแรงตึงผิวลงในน้ำยาทำความสะอาด SC1 สามารถลดแรงตึงผิวของน้ำยาทำความสะอาดได้ นอกจากนี้ การเติมสารคีเลตลงในน้ำยาทำความสะอาด SC1 อาจทำให้โลหะในน้ำยาทำความสะอาดเกิดคีเลตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการยับยั้งการยึดเกาะของโลหะบนพื้นผิว

2.4 เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC2

เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC2 ยังเป็นเทคโนโลยีการทำความสะอาดแบบเปียกที่มีต้นทุนต่ำซึ่งมีความสามารถในการขจัดสิ่งปนเปื้อนได้ดี SC2 มีคุณสมบัติในการสร้างสารเชิงซ้อนที่แข็งแกร่งมาก และสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะก่อนเกิดออกซิเดชันเพื่อสร้างเกลือ ซึ่งจะถูกกำจัดออกด้วยสารละลายทำความสะอาด สารเชิงซ้อนที่ละลายได้ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาของไอออนโลหะที่ถูกออกซิไดซ์กับไอออนคลอไรด์จะถูกกำจัดออกด้วยสารละลายทำความสะอาดเช่นกัน อาจกล่าวได้ว่าภายใต้เงื่อนไขที่ไม่ส่งผลกระทบต่อเวเฟอร์ เทคโนโลยีการทำความสะอาด SC1 และเทคโนโลยีการทำความสะอาด SC2 จะเสริมซึ่งกันและกัน ปรากฏการณ์การยึดเกาะของโลหะในสารละลายทำความสะอาดนั้นเกิดขึ้นได้ง่ายในสารละลายทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่าง (นั่นคือ สารละลายทำความสะอาด SC1) และไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเกิดขึ้นได้ในสารละลายที่เป็นกรด (สารละลายทำความสะอาด SC2) และมีความสามารถที่แข็งแกร่งในการขจัดโลหะบนพื้นผิวเวเฟอร์ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะสามารถขจัดโลหะ เช่น Cu ได้หลังจากการทำความสะอาด SC1 แต่ปัญหาการยึดเกาะของโลหะของฟิล์มออกไซด์ตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวเวเฟอร์ยังไม่ได้รับการแก้ไข และไม่เหมาะสำหรับเทคโนโลยีการทำความสะอาด SC2

2.5 เทคโนโลยีการทำความสะอาด O3

ในกระบวนการผลิตชิป เทคโนโลยีการทำความสะอาด O3 ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อกำจัดสารอินทรีย์และฆ่าเชื้อ DIW การทำความสะอาด O3 เกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันเสมอ โดยทั่วไปแล้ว O3 สามารถใช้เพื่อกำจัดสารอินทรีย์บางส่วนได้ แต่เนื่องจากออกซิเดชันของ O3 จะเกิดการตกตะกอนใหม่บนพื้นผิวเวเฟอร์ ดังนั้น HF จึงมักใช้ในกระบวนการใช้ O3 นอกจากนี้ กระบวนการใช้ HF ร่วมกับ O3 ยังสามารถกำจัดไอออนโลหะบางส่วนได้อีกด้วย ควรสังเกตว่าโดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะมีประโยชน์ในการกำจัดสารอินทรีย์ อนุภาค และแม้แต่ไอออนโลหะ อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้เทคโนโลยีการทำความสะอาด O3 ปริมาณ O3 ที่ละลายใน DIW จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความเข้มข้นของ O3 ที่ละลายใน DIW จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ดังนั้น จึงจำเป็นต้องปรับรายละเอียดกระบวนการ O3 ให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความสะอาดให้สูงสุด ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ O3 ยังใช้ฆ่าเชื้อ DIW ได้ เนื่องจากสารที่ใช้ในการทำให้น้ำดื่มบริสุทธิ์โดยทั่วไปมีคลอรีน ซึ่งถือว่าไม่เป็นที่ยอมรับในด้านการผลิตชิป อีกเหตุผลหนึ่งก็คือ O3 จะสลายตัวเป็นออกซิเจนและจะไม่ทำให้ระบบ DIW ปนเปื้อน อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องควบคุมปริมาณออกซิเจนใน DIW ซึ่งไม่สามารถสูงกว่าข้อกำหนดสำหรับใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ได้ 2.6 เทคโนโลยีการทำความสะอาดตัวทำละลายอินทรีย์ ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ มักมีกระบวนการพิเศษบางอย่างเกี่ยวข้อง ในหลายกรณี ไม่สามารถใช้วิธีการที่แนะนำข้างต้นได้ เนื่องจากประสิทธิภาพในการทำความสะอาดไม่เพียงพอ ส่วนประกอบบางส่วนที่ไม่สามารถล้างออกได้จะถูกกัดกร่อน และไม่สามารถสร้างฟิล์มออกไซด์ได้ ดังนั้น ตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิดจึงถูกนำมาใช้เพื่อบรรลุวัตถุประสงค์ในการทำความสะอาดด้วย

3 บทสรุป

ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการทำความสะอาดเป็นกระบวนการที่มีการทำซ้ำมากที่สุด การใช้เทคโนโลยีทำความสะอาดที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงผลผลิตของการผลิตชิปได้อย่างมาก ด้วยขนาดที่ใหญ่ของเวเฟอร์ซิลิกอนและโครงสร้างอุปกรณ์ที่เล็กลง ดัชนีความหนาแน่นของการซ้อนจึงเพิ่มขึ้น และข้อกำหนดสำหรับเทคโนโลยีการทำความสะอาดเวเฟอร์ก็สูงขึ้นเรื่อยๆ มีข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับความสะอาดของพื้นผิวเวเฟอร์ สถานะทางเคมีของพื้นผิว ความหยาบ และความหนาของฟิล์มออกไซด์ บทความนี้จะแนะนำเทคโนโลยีการทำความสะอาดเวเฟอร์ในการผลิตเวเฟอร์ขั้นสูงและหลักการทำความสะอาดของกระบวนการทำความสะอาดต่างๆ โดยอิงจากเทคโนโลยีกระบวนการที่ครบถ้วนสมบูรณ์ จากมุมมองของเศรษฐกิจและการปกป้องสิ่งแวดล้อม การปรับปรุงเทคโนโลยีกระบวนการทำความสะอาดเวเฟอร์สามารถตอบสนองความต้องการของการผลิตเวเฟอร์ขั้นสูงได้ดีขึ้น