半导体行业(二百五十六)之污染控制(十六)

文摘   2024-05-12 21:31   北京  

经验法则是,充分的冲洗至少需要5分钟(取决于晶圆直径),流量相当于每分钟冲洗器体积的五倍(每分钟的周转次数)。如果气泡器的大小是3升,流量应该是每分钟至少15升。


冲洗时间是通过测量从冲洗器中流出的水的电阻率来确定的。清洗化学品在水中作为带电分子存在,它们的存在可以从水的电阻率中推断出来。如果超纯水(UPW)以18.2兆欧的水平进入冲洗器,出口侧的15到18.2兆欧读数表明晶圆已经被清洗干净并冲洗干净。冲洗步骤非常关键,通常使用至少两个冲洗器,总冲洗时间设置为由电阻率测量确定的最小时间的两到五倍。通常,在出口处安装一个水电阻率计,以不断测量输出电阻率,并在冲洗完成时发出信号。



冲洗器



水冲洗效率既是一个关键的污染控制过程,也是一个生产成本因素。并行下流水冲洗(如下图所示)具有直接将冲洗水引导到晶圆上方的通道,最小化了冲洗步骤中的混合。

关于冲洗效率和节水方面,倾倒冲洗器也是一个有吸引力的方法。该系统类似于溢流冲洗器,但具有喷雾功能。晶圆被放置在干燥的冲洗器中,并立即用去离子水喷雾。当它们被喷雾时,冲洗器的腔室迅速被水填满。随着水溢出顶部,底部的一个活门打开,水立即被倾倒到排水系统中。这种填满和倾倒的动作重复几次,直到晶圆完全冲洗干净。



超声波辅助清洗和冲洗



将超声波能量波添加到清洗化学品槽或冲洗系统中,有助于加速和提高湿法过程的效率(如下图所示)。超声波的使用可以提高效率,从而允许更低的槽温。超声波波是由放置在槽外部的换能器产生的。使用两个范围。在20,000到50,000赫兹[1赫兹(Hz)=每秒一个周期]范围内,它们被称为超声波,而在850千赫兹(kHz)范围内,它们被称为兆声波。

超声波辅助通过一种称为空化的过程来提高冲洗效率。当波穿过液体时,微小的气泡迅速形成并塌陷。这创造了一种微观的擦洗作用,可以脱落颗粒。

兆声波辅助提供了不同的机制。在流体流动中,静态或缓慢移动的边界存在于表面,如晶圆。小颗粒可以被固定在这一层中,未暴露于清洗化学品。兆声波能量减少了这一层,使颗粒暴露于清洗作用。此外,另一种称为声流的现象促进了冲洗或清洗溶液通过晶圆表面的流速增加,提高了清洗效率。



喷雾冲洗



流动的水通过稀释机制从晶圆表面移除水溶性化学品。化学品的顶层溶解到水中,并被水流带走。这个过程以连续的方式不断发生。通过更快的水流速度可以加速冲洗,这可以更快地去除溶解的化学品。周转次数直接决定了冲洗速率。这可以通过考虑一个非常快的水流速度,但在一个巨大的冲洗槽中来理解。从晶圆表面移除的化学品将均匀分布在整个槽中,因此一些仍然会粘附在表面上。只有当足够的水流进和流出槽,带走化学品时,化学品才能从槽中移除。

一种更快的冲洗速率的方法是使用水喷雾。喷雾通过自身的动量从化学品中移除物理力,许多小水滴不断击打晶圆表面,产生了极高的周转冲洗。除了更高效的冲洗外,喷雾冲洗器使用的水比溢流冲洗器少得多。喷雾冲洗器的一个问题是在测量出水流的电阻率时。空气中的二氧化碳被固定在水喷雾中;CO2分子作为带电粒子,电阻率计将它们读作污染物,实际上它们并不是。

倾倒冲洗也是受欢迎的,因为所有的冲洗都在一个腔室内进行,这节省了设备和空间。它也是一个可以自动化的系统,所以操作员只需要加载晶圆(这可以自动完成),然后按下一个按钮。

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