半导体湿式清洗设备Word格式文档下载.docx
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－VarderWalsforce
－Capillaryforce
－Chemicalbond
－Surfacetopographyforce微粒去除的机制
微粒去除的机制
．超音波振荡器去除微粒的过程
金属杂质．来源–洗净材料的化学品，纯水、气体的金属杂质及制程所引发的，如离子植入，RIE干蚀刻、光阻去灰等
．金属杂质含量需在1010atom/cm2以下，方可确保电子组件的品质及良率有机污染源．有机污染源
－来自光阻残留物、晶舟、晶盒及洁净室环境的建材，如油漆，机台等
．污染源造成－阻绝洗净的效果，或阻绝离子化学蚀刻形成蚀刻不良－对Gateoxide的厚度均匀性与Breakdownvoltage
2.光阻与配方光阻去除溶液
．主要光阻去除溶液
－CaroCleanorPiranhaClean（SPM,H2SO4:
H2O2=4:
1@110oC~130oC）
缺点:
H2O2不易维持稳定浓度
－H2SO4+O3
O3易含有重金属，需经纯化处理
－ChilledDI+O3
利用O3分解的氧原子和有机光阻反应，可免H2SO4使用，低残留硫含量自然氧化物
．晶圆表面因曝露在空氧中或浸泡在纯水中，造成表面的氧化，约5~10A厚度，或在化学洗净过程中，接触强氧化剂，如H2O2而在表面生成一层氧化物
．影响
－对Gateoxide的厚度均匀性与Breakdownvoltage自然氧化物的去除
．DHF-Last–在最后一站浸入（100:
1DHF）中，以去除NativeOxide
．HF+H2O2（FPM-Last）–在最后一站，浸入FPM混合液（0.5%HF+10%H2O2）溶液中，HF去除Oxide，H2O2去除金属杂质
．HF+IPA（HF/IPA-Last）–在最后一站，浸入（0.5%HF+IPA<
1000ppm）溶液中，HF去除Oxide，IPA去除微粒
．HFVapor–将晶圆放入蒸气室中，将其抽成真空后，利用氮气作为载气，通
入HFVapor，可去除Oxide
表面微粗糙度
．化学药剂的使用是影响表面粗糙度的主因:
－浓度比例
－温度
－浸泡时间
－洗净制程以SC1洗净影响最大，可达Ra=0.6nm
－蚀刻制程以ConventionalBHF影响最大，可达Ra=0.9nm
湿式洗净技术
．RCA-Clean配方
－去除微粒，金属杂质及有机污染
－应用于空白芯片进入炉管长Oxide前之清洗
RCA-Clean配方
．RCA-cleanisthefirstdevelopedcleaningprocessforbareandoxidizedsiliconwafer
．ProcesswasintroducedtoRCAdevicefabricationcenterin1965andreleasedin1970
．Chemicalprinciples:
－H2O2athighpHconditionisapowerfuloxidant
－NH4OHisastrongcomplexantformetallicimpurities
－HClinH2O2formssolubleAlkaliandmetalsalts
－MixturesformulatednottoattackSiorSiO2
湿式洗净配方
．ModifiedRCA-Clean–加上清除光阻及有机物能力，增加硫酸清洗，如SPM/SOM（SPM=H2SO4+H2O2,SOM=H2SO4+O3）
．SPMClean
－用于PSG，BPSG沈积或全面离子植入后的清洗。
主要功能乃将析出表面的磷玻璃（P2O5）及硼玻璃（B2O5）溶于H2SO4中;
或在离子植入后，去除芯片表面的Polymer（有机物）
3.湿式清洗设备制程设备
．HardwareconfigurationVendorVendor
－Wetstation
．ConventionalBenchSugai,DNS,TEL,SCP．SingleBatchPlugFlowDNS,CFM,Steag．MultipleBatchPlugFlowDNS,Sugai,TEL．BatchSprayDNS,FSI
．SingleWaferCleanerDNS,SEZ
－Drycleaner
．HFVaporCleanFSIFSI湿式洗净设备
ConventionalWetBench
传统湿式洗净设备
．设备模块
－中央控制系统及晶圆输入端－串联式化学酸槽（左侧）与洗濯槽（Rinse）－机器手与传输单元
－侦测系统，包含流量侦测，温度侦侧，酸槽化学浓度校准－旋干/干燥设备
传统湿式洗净设备规格
．系统参数包含
－Chemicalchange
－Chemicalratio
－Tanktemperature
－Cleaningprocesstime
－Chemicalconcentration
－Rinsetime
－Rinseresistivity
－Robotoperation
－Alarm
传统湿式洗净设备．洗净功能（RecipeCapabilities）
－RCA－B-Clean
－Pre-gateClean－BClean-HFLast－BClean-NoHF
－SPM-Clean
－Pre-metal-Clean
．优点
a.节省化学用品
，则每片
可放入2个
－化学槽换酸可依洗净的晶圆批数，作为下次换酸依据，故连续使用芯片洗净的费用成本较低
b.连续洗净，提高机器用率（MachineUpTime）－机台换酸后，预热约一小时方可使用，洗货时则每10~15分钟，批量的晶舟（50Pcs）
c.技术成熟
－Fieldproven传统湿式洗净设备．缺点:
a.Footprint大
b.酸槽溶液越洗越脏
c.开放式加热酸槽，溶液浓度随时变化
d.纯水消耗量大
e.浸入时芯片下端先入后出，拉出时，DHF由上往下流，易造成不均匀封密式容器洗净设备．PlugFlow（Enclosed-VesselCleaningSystem）
原理–将晶圆置于密闭单容器（EnclosedVessel）内，依设定的Recipe，通入不同的化学洗净溶液，至容器内，经DI纯水洗濯残留酸碱液，再通入IPA将晶圆干燥
封密式容器洗净设备．特点－晶圆在密闭容器内进行洗净程序，芯片不接触空气，因此可减少微粒污染
－Footprint较小
－较少微粒污染
－系统较简单－溶液浓较易控制
－较少化学品及DI纯水消耗
．缺点
－废液处理因难
－受限于低浓度的化学溶液
SprayChemicalCleaningProcessor
原理–将晶舟置于洗净槽内的转盘，新鲜的洗净化学液经由N2加压，自中央喷洗柱均匀喷洒在芯片上清洗
．系统方块图
－1.Smallfootprint
－2.Nocrosscontaminationduetofreshchemicalsusedineachcycle
－3.LowDIwaterconsumption
－1.Pooruniformity
－2.HFlastdifficult
－3.Highmaintenanceduetomanyrotatingparts
WaferDryTechnology
．晶圆干燥技术
主要功能是脱水干燥，理论上需达到不增加芯片上的微粒的需求
．干燥机可分为
－Down-FlowSpinDryer
－IPADryer
－MarangoniDryer
Down-FlowSpinDryer
原理–利用高速旋转下产生的离心力，并配合空气过滤器所喷下的干净气流，将芯片上的水滴旋干，并蒸发干而无微粒及水痕（WaterMark）
．设备示意
．机械特性
－转速需在3～4秒内，加速至800rpm
－振动的克服－内部压力的克服（高速易生低压，导致排气倒灌）
－腔壁几何形状设计不当，易积沈积物或使水滴反弹至芯片表面
IPADryer
．原理–将潮湿的芯片传至IPA（IsopropylAlcohol，异丙醇）VaporChamber内。
IPA由N2作为传输气体，导入蒸汽干燥室内由底部的加热器，使IPA受热
蒸发为蒸汽。
IPA高挥发性可将将晶圆表面水份脱水干燥，避免水痕、微粒及金属杂质
IPA脱水技术的主要变量－a.IPA的纯度与排水量
－b.IPA蒸汽的流量及流速
－c.IPA蒸汽的洁净度
MarangoniDryer
．原理:
利用IPA与DIWater表面张力的不同，将晶圆表面残留的水分子吸收流回水槽，而脱水干燥
．程序
－a.洗涤完毕后，将晶圆自DIW缓慢拉出
－b.以N2作为传输气体，吹向潮湿芯片
－c.芯片表面的IPA浓度大于DIW浓度，故表面张力减小，因此水分子被吸回水面
．制程
－1.在Overflow槽洗净达到设定阻值
－2.晶圆缓慢拉出DIW，同时通入IPA+N2气体
－3.IPA流下晶圆入DIW液面，产生Marangonieffect表面张力差
－4.晶圆表面水分子受表面张力影响，流入溢流DI槽
．优点:
可克服深窄沟渠（Deeptrench）内的水分子脱水之因难（表面张力克服分子力）
．系统示意图
化学酸槽的设计．QuartzTank
－用于不含氟化学药液的场合，可用于高温－波浪锯齿状可利液面overflow及recirculate
．TeflonTank（PVDFTank）
－用于含HF液之场合，但不适于高温
Note:
overflow与recirculate的目的
DisposalTank
DryCleanTechnology．干式洗净/去除的机构
．技术–主要应用Plasma，RFenergy，或Radiationenergy来提升化学反应的活化能，增进表面清洗能力
DryCleanTechnology
．HF/H2OVaporClean
－通入HF于低压的反应室内，HF蒸气生成SiF4气体，并经由抽气排出
．UV/O3DryClean
－利用Photochemically-enhancedcleaning的原理，通入O2后，利用UV能
量激发，使O2分子分解形成O及O3，而将有机碳氢化合物氧化成挥发性化合物，
抽气排出;
可通入不同气体（如HF或IPA+N2+Cl2），作其它之制程用
物理洗净技术．以物理原理及作用来清洗晶圆，主要用于微粒的清洗
－Ultrasonic（20k~50kHz）芯片浸于液中再施予超音波之能量，由于液体分子振动而产生微小气泡，冲激质点而使之脱落
．注意:
（1）有重附着的可能
（2）晶膜机械式损伤－SuperUltrasonic（~850KHz）．对较小质点去除功能．配合湿式化学清洗方法增加效果物理洗净技术
．Jetspray/Scrubbing
－常应用在metallization,CVD,Epi前－晶背或晶面清洗
－以高压DIW喷洗并以刷子刷洗
SurfaceScan
Measurementofparticlesonthewafer
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