隨著集成電路制程工藝節(jié)點(diǎn)越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)實(shí)際制造的幾個(gè)環(huán)節(jié)也提出了新要求，清洗環(huán)節(jié)的重要性日益凸顯。
清洗的關(guān)鍵性則是由于隨著特征尺寸的不斷縮小，半導(dǎo)體對(duì)雜質(zhì)含量越來(lái)越敏感，而半導(dǎo)體制造中不可避免會(huì)引入一些顆粒、有機(jī)物、金屬和氧化物等污染物。為了減少雜質(zhì)對(duì)芯片良率的影響，實(shí)際生產(chǎn)中不僅僅需要提高單次的清洗效率，還需要在幾乎所有制程前后都頻繁的進(jìn)行清洗，清洗步驟約占整體步驟的33％。
今天《半導(dǎo)體小課堂》帶大家細(xì)數(shù)一下，常用的四種半導(dǎo)體硅片清洗設(shè)備及裝置：
1、浸入式濕法清洗槽
濕法化學(xué)清洗系統(tǒng)既可以是浸入式的又可以是旋轉(zhuǎn)式的。一般設(shè)備主要包括一組濕法化學(xué)清洗槽和相應(yīng)的水槽，另外還可能配有甩干裝置。硅片放在一個(gè)清洗專用花籃中放人化學(xué)槽一段指定的時(shí)間，之后取出放人對(duì)應(yīng)的水槽中沖洗。
對(duì)于清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，材料的選擇至關(guān)重要。使用時(shí)根據(jù)化學(xué)液的濃度、酸堿度、使用溫度等條件選擇相應(yīng)的槽體材料。從材質(zhì)上來(lái)說(shuō)一般有NPP、PVDF、PrFE、石英玻璃等。例如：PVDF、IyIFE、石英玻璃等一般用在需加熱的強(qiáng)酸強(qiáng)堿清洗，其中石英玻璃不能用在HF清洗中，NPP一般用在常溫下的弱酸弱堿清洗。而常溫化學(xué)槽，一般為NPP材料。
圖1 石英加熱槽
內(nèi)溶液可加熱到180℃甚至更高，它一般由石英內(nèi)槽、保溫層、塑料（PP）外槽組成。石英槽加熱可以通過(guò)粘貼加熱膜或者直接在石英玻璃上涂敷加熱材料實(shí)現(xiàn)。石英槽內(nèi)需安裝溫度和液位傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制以及槽內(nèi)液位的檢測(cè)，防止槽內(nèi)液位過(guò)低造成加熱器干燒。
除此之外PVDF（PTEE）加熱槽也較為常用，這類加熱槽常用于HF溶液的清洗中。由于受到槽體材料的限制，這類加熱槽只能使用潛入式加熱，潛入式加熱器一般有盤管式和平板式兩種，加熱器外包覆PFA管。
2、兆聲清洗槽
RcA或者改進(jìn)的RcA清洗配合兆聲能量是目前使用非常廣泛的清洗方法。在附加了兆聲能量后，可大幅降低溶液的使用溫度以及工藝時(shí)間，而清洗效果更加有效。常用兆聲清洗的頻率為800kHz—1 MHz，兆聲功率在100一600W。兆聲換能器有平板式、圓弧板式等形式。兆聲換能器可直接安裝于槽體底部；石英清洗槽則可以采用水浴的方式，兆聲換能器安裝于外槽底部，這樣可以避免清洗液對(duì)兆聲換能器的浸蝕。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 兆聲槽
聲換能器在工作過(guò)程中會(huì)在石英槽底部產(chǎn)生大量的氣泡。這些氣泡會(huì)大量吸收兆聲能量，大大降低了兆聲清洗的效果。因此內(nèi)槽石英缸底部一般要有10－15度的傾斜角度，當(dāng)有氣泡產(chǎn)生時(shí)，由于浮力的作用氣泡沿傾斜的石英槽底向上移動(dòng)，脫離石英槽壁浮出水面，減少了氣泡對(duì)兆聲能量的損耗
另外水浴外槽可根據(jù)不同的需要采用不銹鋼槽、石英槽等。圓弧板兆聲換能器由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使其在兆聲能量的傳播方向、能量分布上更加合理，清洗效果更加顯著，一般情況下，圓弧板兆聲換能器只需要平板兆聲換能器使用減半的功率即可達(dá)到相同的清洗效果。
3、旋轉(zhuǎn)噴淋清洗
旋轉(zhuǎn)噴淋清洗是浸入型清洗的變型。系統(tǒng)中一般包括自動(dòng)配液系統(tǒng)、清洗腔體、廢液回收系統(tǒng)。噴淋清洗在一個(gè)密封的工作腔內(nèi)一次完成化學(xué)清洗、去離子水沖洗、旋轉(zhuǎn)甩干等過(guò)程，減少了在每一步清洗過(guò)程中由于人為操作因素造成的影響。在噴淋清洗中由于旋轉(zhuǎn)和噴淋的效果，使得硅片表面的溶液更加均勻，同時(shí)，接觸到硅片表面的溶液永遠(yuǎn)是新鮮的，這樣就可以做到通過(guò)工藝時(shí)間設(shè)置，精確控制硅片的清洗腐蝕效果，實(shí)現(xiàn)很好的一致性。密封的工作腔可以隔絕化學(xué)液的揮發(fā)，減少溶液的損耗以及溶液蒸氣對(duì)人體和環(huán)境的危害。各系統(tǒng)分別貯于不同的化學(xué)試劑，在使用時(shí)到達(dá)噴口之前才混合，使其保持新鮮，以發(fā)揮最大的潛力，這樣在清洗時(shí)會(huì)反應(yīng)最快。用N2噴時(shí)使液體通過(guò)很小的噴口，使其形成很細(xì)的霧狀，至硅片表面達(dá)到更好的清洗目的。
此方法適用于除去氧化膜或有機(jī)物。因?yàn)榛瘜W(xué)物質(zhì)在硅片表面停留的時(shí)間比較短，對(duì)反應(yīng)需要一定時(shí)間的清洗效果不好。在噴洗過(guò)程中所使用的化學(xué)試劑很少，對(duì)控制成本及環(huán)境保護(hù)有利。
4、刷洗器
刷洗器主要用于硅片拋光后的清洗，可有效地去除硅片正反兩面1μm以及更大的顆粒。主要配置包括專用刷洗器、優(yōu)化的化學(xué)清洗液及超純水或者IPA。在水動(dòng)力條件下，顆粒被旋轉(zhuǎn)的海綿狀刷子趕出，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 硅片刷洗裝置
一個(gè)典型的POST—CMP清洗裝置包括兩個(gè)刷洗箱和一個(gè)兆聲波清洗模塊。早期使用的尼龍毛刷易造成硅片的損傷，現(xiàn)在一般采用聚乙烯醇（PVA）毛刷，PVA毛刷配合去離子水，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 PVA材質(zhì)刷洗器