Islak temizleme (Wet Clean), sonraki işlem adımlarının temiz bir yüzey üzerinde gerçekleştirilebilmesini sağlamak için levhanın yüzeyinden çeşitli kirletici maddelerin uzaklaştırılmasını amaçlayan yarı iletken üretim süreçlerindeki kritik adımlardan biridir.
Yarı iletken cihazların boyutu küçülmeye devam ettikçe ve hassasiyet gereksinimleri arttıkça levha temizleme işlemlerinin teknik talepleri giderek daha katı hale geldi. Plaka yüzeyindeki en küçük parçacıklar, organik malzemeler, metal iyonları veya oksit kalıntıları bile cihaz performansını önemli ölçüde etkileyebilir, dolayısıyla yarı iletken cihazların verimini ve güvenilirliğini etkileyebilir.
Gofret Temizlemenin Temel Prensipleri
Yonga levha temizlemenin özü, levhanın sonraki işlemlere uygun temiz bir yüzeye sahip olmasını sağlamak için levha yüzeyinden çeşitli kirletici maddelerin fiziksel, kimyasal ve diğer yöntemlerle etkili bir şekilde çıkarılmasında yatmaktadır.
Kirlenme Türü
Cihaz Özellikleri Üzerindeki Ana Etkiler
| makale Kirliliği | Desen kusurları
İyon implantasyon kusurları
Yalıtım filmi arıza kusurları
| |
| Metalik Kirlenme | Alkali Metaller | MOS transistör kararsızlığı
Geçit oksit filminin bozulması/bozunması
|
| Ağır Metaller | Artan PN bağlantısı ters kaçak akımı
Kapı oksit filmi arıza kusurları
Azınlık taşıyıcısının yaşam boyu bozulması
Oksit uyarma katmanı kusur oluşumu
| |
| Kimyasal Kirlenme | Organik Malzeme | Kapı oksit filmi arıza kusurları
CVD film varyasyonları (kuluçka süreleri)
Termal oksit film kalınlığı değişimleri (hızlandırılmış oksidasyon)
Pus oluşumu (wafer, lens, ayna, maske, retikül)
|
| İnorganik Katkı Maddeleri (B, P) | MOS transistörü Vth kaymaları
Si substratı ve yüksek dirençli poli-silikon levha direnci varyasyonları
| |
| İnorganik Bazlar (aminler, amonyak) ve Asitler (SOx) | Kimyasal olarak güçlendirilmiş dirençlerin çözünürlüğünün bozulması
Tuz oluşumu nedeniyle partikül kirliliği ve bulanıklığın oluşması
| |
| Nem, Havadan Kaynaklanan Yerli ve Kimyasal Oksit Filmler | Artan temas direnci
Geçit oksit filminin bozulması/bozunması
| |
Özellikle, levha temizleme işleminin amaçları şunları içerir:
Partikül Giderimi: Gofret yüzeyine yapışan küçük partikülleri uzaklaştırmak için fiziksel veya kimyasal yöntemlerin kullanılması. Daha küçük parçacıkların, levha yüzeyi ile aralarındaki güçlü elektrostatik kuvvetler nedeniyle çıkarılması daha zordur ve özel işlem gerektirir.
Organik Maddenin Giderilmesi: Yağ ve fotodirenç kalıntıları gibi organik kirleticiler levha yüzeyine yapışabilir. Bu kirletici maddeler tipik olarak güçlü oksitleyici maddeler veya çözücüler kullanılarak uzaklaştırılır.
Metal İyonunun Giderilmesi: Plaka yüzeyindeki metal iyonu kalıntıları elektriksel performansı düşürebilir ve hatta sonraki işlem adımlarını etkileyebilir. Bu nedenle bu iyonların uzaklaştırılması için özel kimyasal solüsyonlar kullanılır.
Oksit Giderimi: Bazı işlemler, levha yüzeyinin silikon oksit gibi oksit katmanlarından arınmış olmasını gerektirir. Bu gibi durumlarda, belirli temizlik adımları sırasında doğal oksit tabakalarının çıkarılması gerekir.
Plaka temizleme teknolojisinin zorluğu, yüzey pürüzlenmesini, korozyonu veya diğer fiziksel hasarları önlemek gibi, plaka yüzeyini olumsuz yönde etkilemeden kirletici maddelerin etkili bir şekilde giderilmesinde yatmaktadır.
2. Gofret Temizleme Prosesi Akışı
Plaka temizleme işlemi, kirletici maddelerin tamamen uzaklaştırılmasını sağlamak ve tamamen temiz bir yüzey elde etmek için tipik olarak birden fazla adım içerir.
Şekil: Toplu Tip ve Tek Plaka Temizleme Arasındaki Karşılaştırma
Tipik bir levha temizleme işlemi aşağıdaki ana adımları içerir:
1. Ön Temizleme (Ön Temizleme)
Ön temizlemenin amacı, genellikle deiyonize su (DI Su) durulama ve ultrasonik temizleme yoluyla elde edilen gevşek kirletici maddeleri ve büyük parçacıkları levha yüzeyinden çıkarmaktır. Deiyonize su, başlangıçta parçacıkları ve çözünmüş yabancı maddeleri levha yüzeyinden çıkarabilir, ultrasonik temizleme ise parçacıklar ile levha yüzeyi arasındaki bağı kırmak için kavitasyon etkilerini kullanarak bunların yerinden çıkmasını kolaylaştırır.
2. Kimyasal Temizlik
Kimyasal temizleme, levha yüzeyinden organik malzemeleri, metal iyonlarını ve oksitleri çıkarmak için kimyasal çözeltilerin kullanıldığı levha temizleme işleminin temel adımlarından biridir.
Organik Maddenin Giderilmesi: Tipik olarak, organik kirleticileri çözmek ve oksitlemek için aseton veya amonyak/peroksit karışımı (SC-1) kullanılır. SC-1 çözeltisinin tipik oranı NH₄OH'dur
₂O₂
₂O = 1:1:5, çalışma sıcaklığı yaklaşık 20°C.
Metal İyon Giderimi: Nitrik asit veya hidroklorik asit/peroksit karışımları (SC-2), levha yüzeyinden metal iyonlarını uzaklaştırmak için kullanılır. SC-2 çözeltisinin tipik oranı HCl'dir
₂O₂
₂O = 1:1:6, sıcaklık yaklaşık 80°C'de tutulur.
Oksit Giderimi: Bazı proseslerde, hidroflorik asit (HF) çözeltisinin kullanıldığı doğal oksit tabakasının levha yüzeyinden uzaklaştırılması gerekir. HF çözeltisi için tipik oran HF'dir
₂O = 1:50 olup oda sıcaklığında kullanılabilir.
3. Son Temizlik
Kimyasal temizlemeden sonra, yüzeyde hiçbir kimyasal kalıntı kalmamasını sağlamak için gofretler genellikle son bir temizleme adımına tabi tutulur. Son temizlikte esas olarak iyice durulama için deiyonize su kullanılır. Ek olarak, levha yüzeyinde kalan kirletici maddeleri daha da uzaklaştırmak için ozonlu su temizleme (O₃/H₂O) kullanılır.
4. Kurutma
Temizlenen levhalar, filigran oluşumunu veya kirletici maddelerin yeniden yapışmasını önlemek için hızlı bir şekilde kurutulmalıdır. Yaygın kurutma yöntemleri arasında döndürerek kurutma ve nitrojen temizleme yer alır. Birincisi, yüksek hızlarda dönerek levha yüzeyinden nemi uzaklaştırırken, ikincisi, levha yüzeyine kuru nitrojen gazı üfleyerek tam kuruma sağlar.
kirletici
Temizleme Prosedürü Adı
Kimyasal Karışım Açıklaması
Kimyasallar
| Parçacıklar | Pirana (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/DI su | H2SO4/H202/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonyum hidroksit/hidrojen peroksit/DI su | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| Metaller (bakır değil) | SC-2 (HPM) | Hidroklorik asit/hidrojen peroksit/DI su | HC1/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Pirana (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/DI su | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Hidroflorik asit/DI suyu seyreltin (bakırı çıkarmaz) | HF/H2O1:50 | |
| Organikler | Pirana (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/DI su | H2SO4/H202/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonyum hidroksit/hidrojen peroksit/DI su | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Deiyonize sudaki ozon | O3/H2O Optimize Edilmiş Karışımlar | |
| Yerli Oksit | DHF | Hidroflorik asit/DI suyu seyreltin | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Tamponlu hidroflorik asit | NH4F/HF/H2O |
3. Yaygın Gofret Temizleme Yöntemleri
1. RCA Temizleme Yöntemi
RCA temizleme yöntemi, 40 yılı aşkın bir süre önce RCA Corporation tarafından geliştirilen, yarı iletken endüstrisindeki en klasik levha temizleme tekniklerinden biridir. Bu yöntem öncelikle organik kirleticileri ve metal iyonu safsızlıklarını gidermek için kullanılır ve iki adımda tamamlanabilir: SC-1 (Standart Temizleme 1) ve SC-2 (Standart Temizleme 2).
SC-1 Temizleme: Bu adım esas olarak organik kirleticileri ve parçacıkları uzaklaştırmak için kullanılır. Çözelti, levha yüzeyinde ince bir silikon oksit tabakası oluşturan amonyak, hidrojen peroksit ve sudan oluşan bir karışımdır.
SC-2 Temizleme: Bu adım öncelikle hidroklorik asit, hidrojen peroksit ve su karışımı kullanılarak metal iyonu kirleticilerini uzaklaştırmak için kullanılır. Yeniden kirlenmeyi önlemek için gofret yüzeyinde ince bir pasivasyon tabakası bırakır.
2. Piranha Temizleme Yöntemi (Piranha Etch Clean)
Piranha temizleme yöntemi, genellikle 3:1 veya 4:1 oranında bir sülfürik asit ve hidrojen peroksit karışımı kullanılarak organik maddelerin çıkarılmasında oldukça etkili bir tekniktir. Bu çözeltinin son derece güçlü oksidatif özellikleri nedeniyle büyük miktarda organik maddeyi ve inatçı kirleticileri giderebilir. Bu yöntem, levhaya zarar vermemek için özellikle sıcaklık ve konsantrasyon açısından koşulların sıkı kontrolünü gerektirir.
Ultrasonik temizleme, levha yüzeyinden kirletici maddeleri çıkarmak için bir sıvıdaki yüksek frekanslı ses dalgalarının oluşturduğu kavitasyon etkisini kullanır. Geleneksel ultrasonik temizlemeyle karşılaştırıldığında, megasonik temizleme daha yüksek bir frekansta çalışarak, mikron altı boyuttaki parçacıkların levha yüzeyine zarar vermeden daha verimli bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar.
4. Ozon Temizliği
Ozon temizleme teknolojisi, organik kirleticileri parçalamak ve levha yüzeyinden çıkarmak için ozonun güçlü oksitleyici özelliklerinden yararlanır ve sonuçta bunları zararsız karbondioksit ve suya dönüştürür. Bu yöntem, pahalı kimyasal reaktiflerin kullanımını gerektirmez ve daha az çevre kirliliğine neden olur, bu da onu levha temizleme alanında gelişen bir teknoloji haline getirir.
4. Gofret Temizleme Proses Ekipmanları
Plaka temizleme işlemlerinin verimliliğini ve güvenliğini sağlamak için yarı iletken üretiminde çeşitli gelişmiş temizleme ekipmanları kullanılmaktadır. Ana türler şunları içerir:
1. Islak Temizleme Ekipmanları
Islak temizleme ekipmanı çeşitli daldırma tanklarını, ultrasonik temizleme tanklarını ve spin kurutucuları içerir. Bu cihazlar, kirletici maddeleri levha yüzeyinden çıkarmak için mekanik kuvvetleri ve kimyasal reaktifleri birleştirir. Daldırma tankları genellikle kimyasal çözeltilerin stabilitesini ve etkinliğini sağlamak için sıcaklık kontrol sistemleriyle donatılmıştır.
2. Kuru Temizleme Ekipmanları
Kuru temizleme ekipmanı esas olarak levha yüzeyindeki kalıntıları gidermek ve bunlarla reaksiyona girmek için plazmadaki yüksek enerjili parçacıkları kullanan plazma temizleyicileri içerir. Plazma temizleme özellikle kimyasal kalıntı bırakmadan yüzey bütünlüğünün korunmasını gerektiren işlemler için uygundur.
3. Otomatik Temizleme Sistemleri
Yarı iletken üretiminin sürekli genişlemesiyle birlikte, otomatik temizleme sistemleri, büyük ölçekli plaka temizliği için tercih edilen seçenek haline geldi. Bu sistemler genellikle her levha için tutarlı temizleme sonuçları sağlamak amacıyla otomatik transfer mekanizmalarını, çok tanklı temizleme sistemlerini ve hassas kontrol sistemlerini içerir.
5. Geleceğin Eğilimleri
Yarı iletken cihazlar küçülmeye devam ettikçe levha temizleme teknolojisi daha verimli ve çevre dostu çözümlere doğru gelişiyor. Gelecekteki temizlik teknolojileri aşağıdakilere odaklanacaktır:
Nanometre Altı Parçacıkların Giderilmesi: Mevcut temizleme teknolojileri nanometre ölçeğindeki parçacıkları işleyebilir, ancak cihaz boyutunun daha da küçülmesiyle nanometrenin altındaki parçacıkların çıkarılması yeni bir zorluk haline gelecektir.
Yeşil ve Çevre Dostu Temizlik: Çevreye zararlı kimyasalların kullanımının azaltılması ve ozon temizliği, megasonik temizlik gibi daha çevre dostu temizlik yöntemlerinin geliştirilmesi giderek önem kazanacaktır.
Daha Yüksek Düzeyde Otomasyon ve Zeka: Akıllı sistemler, temizleme işlemi sırasında çeşitli parametrelerin gerçek zamanlı izlenmesine ve ayarlanmasına olanak tanıyarak temizleme etkinliğini ve üretim verimliliğini daha da artıracaktır.
Yarı iletken üretiminde kritik bir adım olan levha temizleme teknolojisi, sonraki işlemler için levha yüzeylerinin temiz olmasını sağlamada hayati bir rol oynar. Çeşitli temizleme yöntemlerinin kombinasyonu, kirletici maddeleri etkili bir şekilde ortadan kaldırarak sonraki adımlar için temiz bir alt tabaka yüzeyi sağlar. Teknoloji ilerledikçe, yarı iletken üretiminde daha yüksek hassasiyet ve daha düşük kusur oranlarına yönelik talepleri karşılamak için temizleme işlemleri optimize edilmeye devam edecektir.
Gönderim zamanı: Ekim-08-2024