Waferreinigung und Spültrocknung

1. Wafer-Reinigung

Bei der Lagerung, Handhabung und Verarbeitung von Wafern ist es unvermeidlich, dass sich Staubpartikel und Spurenverunreinigungen im Mikro-{0}} oder sogar Nano--Maßstab an ihnen festsetzen.-Wenn diese Verunreinigungen nicht vollständig entfernt werden, führen sie direkt zu Schaltkreismusterdefekten, Leckagen der Isolierfolie oder Korrosion von Metallverdrahtungen, was letztendlich zum Ausfall des Geräts führt. Daher macht der Reinigungsprozess 20–30 % der gesamten Produktionsarbeitsstunden aus und ist zum zentralen Glied für die Gewährleistung der Stabilität des Prozesses geworden.

1.1 Staub wird durch Waschen gründlich entfernt: chemische und physikalische Zersetzung

Auf technischer Ebene beruht die Reinigung hauptsächlich auf dem synergistischen Effekt der chemischen Zersetzung und der physikalischen Zersetzung.

Beispielsweise kann APM (Ammoniumhydroxid-Wasserstoffperoxid-Wassermischung) organische Rückstände und Partikel effektiv entfernen, und FPM (Flusssäure-Wasserstoffperoxid-Wasser) weist eine hohe Selektivität für Metallverunreinigungen auf der Oberfläche des Oxidfilms auf. SPM (Schwefelsäure-Wasserstoffperoxid, allgemein bekannt als „Piranha-Lösung“) kann aufgrund seiner starken oxidierenden Eigenschaften hartnäckige Fotolackrückstände zersetzen. Bei der physikalischen Reinigung werden mechanische Kräfte wie Ultraschall, Megaschallwellen oder Hochdruckeinspritzung eingesetzt, um chemische Flüssigkeiten dabei zu unterstützen, in kleine Lücken einzudringen und die Reinigungseffizienz zu verbessern. In der empfindlichen Phase nach der Metallverdrahtung sollten anstelle saurer chemischer Lösungen organische Lösungsmittel wie Alkohol und Aceton verwendet werden, um das Risiko einer Metallkorrosion zu vermeiden.

0040-09095 Gaskasten, Wcvd

1.1 Reinigungsgeräte

Auf der Ausrüstungsebene werden Nassreinigungsgeräte in zwei Kategorien unterteilt: Tanktyp und monolithischer Typ: Tankausrüstung realisiert die chemische Flüssigkeitsgradientenreinigung durch mehrere Tankreihen, die für die Chargenverarbeitung geeignet sind; Die monolithische Ausrüstung realisiert die Feinreinigung von Wafer-Monolithen mittels Rotationssprühen und Bürsten, was sich besser für die strenge Kontrolle lokaler Verunreinigungen durch fortschrittliche Prozesse eignet. Trockenreinigungstechnologien wie die Kohlendioxid-Schneereinigung und die Ozonplasmabehandlung haben in den letzten Jahren ihre Entwicklung unter Umweltschutz- und Kostendruck aufgrund der Vorteile der fehlenden Abwassereinleitung und der geringen chemischen Belastung beschleunigt.

Beispielsweise kann die Plasmareinigung bei niedriger-Temperatur nanoskalige Partikel effizient entfernen, ohne empfindliche Strukturen zu beschädigen, indem die Oberfläche mit aktiven Partikeln bombardiert wird, und wird häufig in Reinigungsszenarien zwischen 3D-NAND-Stacks eingesetzt.

Derzeit entwickelt sich der Reinigungsprozess in Richtung Grün und Intelligenz. Die Forschung und Entwicklung neuer umweltfreundlicher chemischer Lösungen wie fluorfreies APM und biologisch abbaubare Chelatbildner hat das Risiko der Einleitung von Schwermetallabwässern wirksam reduziert. Das KI-basierte Echtzeit-Überwachungssystem kann die Prozessparameter dynamisch anpassen, indem es die Zusammensetzung der Reinigungslösung, die Partikelkonzentration und das Oberflächenreflexionsvermögen analysiert, um eine geschlossene Optimierung des Reinigungseffekts zu erreichen. Diese technologischen Iterationen verbessern nicht nur die Entfernung nanoskaliger Verunreinigungen, sondern bieten auch wichtige Garantien für die Zuverlässigkeit von Verbindungsstrukturen mit hoher -Dichte in aufstrebenden Bereichen wie 3D-Integration und fortschrittlicher Verpackung und fördern weiterhin die Halbleiterfertigung mit dem Ziel einer höheren Ausbeute und einer geringeren Fehlerrate.

2. Spülen und trocknen Sie den Wafer nach der Reinigung

Der Spülvorgang wird mit Reinstwasser durchgeführt, das einen erheblichen Anteil des gesamten Reinstwasserverbrauchs der Halbleiterfabrik ausmacht. Es muss sichergestellt werden, dass die chemische Lösung durch mehrstufiges Spülen vollständig entfernt wird, um mögliche Auswirkungen von Rückständen auf nachfolgende Prozesse und die Geräteleistung zu vermeiden. Nach dem Spülen wird die vollständige Entfernung der Restfeuchtigkeit auf der Waferoberfläche zum Kernziel, und der Trocknungsprozess muss mehrere Anforderungen erfüllen, wie z. B. keine Wasserzeichen, keine Anhaftung von Fremdkörpern und elektrostatischer Schutz.

2.1 Rotationstrocknungsmethode

Bei der Rotationstrocknungsmethode wird die Feuchtigkeit mithilfe der Zentrifugalkraft durch eine Hochgeschwindigkeitsrotation des Wafers entfernt. Die Reibung zwischen der Waferoberfläche und dem Stickstoff während des Rotationsprozesses führt jedoch zu statischer Elektrizität, wodurch die Gefahr eines elektrostatischen Ausfalls des Geräts entstehen kann.

Aus diesem Grund ist es notwendig, die elektronische Dusche auf die Behandlung zur statischen Neutralisierung abzustimmen, um die Sicherheit des Prozesses zu gewährleisten. Die Vorteile dieser Methode sind einfache Bedienung und niedrige Kosten, sie erfordert jedoch eine hohe Gerätegenauigkeit und Umweltsauberkeit, und die Rotationsgeschwindigkeit und die Stickstoffreinheit müssen streng kontrolliert werden, um Sekundärverschmutzung zu vermeiden.

2.1 Trocknungsmethode mit Isopropylalkohol ohne Spuren zu hinterlassen

Die Trocknungsmethode mit Isopropylalkohol ist für das Wasserzeichenproblem optimiert. Das Wesentliche an Wasserzeichen sind die Spuren von Siliziumoxidhydrat und Verunreinigungen, die sich auf der Oberfläche des Wafers durch Restfeuchtigkeit während des Trocknungsprozesses bilden, was eng mit der Hydrophobie des Siliziumsubstrats und der lokalen Wassertröpfchenretention aufgrund ungleichmäßiger Trocknung zusammenhängt.

Aufgrund seiner geringen Oberflächenspannung und guten Auflösung mit Wasser kann Isopropylalkohol Wasser wirksam ersetzen und die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Wasserzeichen verringern. Die spezifischen Implementierungsmethoden umfassen drei Haupttechnologien: Isopropylalkohol-Dampftrocknung, indem der gespülte Wafer in eine Isopropylalkohol-Dampfumgebung gelegt wird, wobei Dampf verwendet wird, um die Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Wafers zu ersetzen und ihn zu trocknen; Bei der Marangoni-Trocknung werden Isopropylalkoholdampf und Stickstoff gleichzeitig entlang der Grenzfläche zwischen Wafer und Wasser aufgebracht, wenn der Wafer aus hochreinem Wasser herausgehoben wird. Das Wasser wird durch den Oberflächenspannungsgradienten dazu gebracht, sich schnell zurückzuziehen, um zu verhindern, dass Wassertröpfchen mitgerissen werden und Rückstände hinterlassen. Die Rotagoni-Trocknung kombiniert die doppelten Vorteile der Rotationstrocknung und der Marangoni-Trocknung, indem sie die Wasserverdunstung durch Rotation beschleunigt und gleichzeitig Isopropylalkoholdampf zur Bildung eines Oberflächenspannungsgradienten verwendet, wodurch effizientere Trocknungseffekte erzielt und die Bildung von Wasserzeichen weiter verhindert werden.

In den letzten Jahren wurden mit der Weiterentwicklung von Halbleiterprozessknoten zu kleineren Größen höhere Anforderungen an die Sauberkeit, Gleichmäßigkeit und den Umweltschutz des Trocknungsprozesses gestellt. Neue Trocknungstechnologien wie die plasmaunterstützte Trocknung und die Trocknung mit überkritischem Kohlendioxid dringen nach und nach in das Forschungsfeld ein. Erstere realisiert die kontaktlose Trocknung durch plasma{2}aktivierte Oberflächen und letztere nutzt die Eigenschaften überkritischer Flüssigkeiten, um eine oberflächen{3}spannungsfreie Trocknung zu erreichen und so effektiv zu vermeiden Probleme mit Wasserzeichen und statischer Elektrizität. Gleichzeitig sind auch Umweltschutzmaßnahmen wie die Optimierung von Recycling- und Wiederverwendungssystemen für Isopropylalkohol und die Entwicklung alternativer Lösungsmittel mit niedrigem Treibhauspotenzial (GWP) in den Fokus der Branche gerückt und fördern die Entwicklung von Halbleiterreinigungs- und -trocknungsprozessen in eine effizientere, umweltfreundlichere und zuverlässigere Richtung.