在半导体制造过程中,晶圆最终清洗环节至关重要,其设备类型多样且功能各有侧重。以下是主要的晶圆最终清洗设备及其特点:
湿法清洗设备
超声波清洗机:利用超声波在液体中产生的空化效应,使晶圆表面的污垢、颗粒等杂质在高频振动的作用下脱离表面。例如,一些单槽或多槽的超声波清洗机,可将晶圆放置在清洗槽中,加入适量的清洗液,通过超声波换能器产生超声波,对晶圆进行全面清洗。
酸洗设备:主要用于去除晶圆表面的金属离子、氧化物等污染物。常用的酸液有硫酸、盐酸、硝酸等,通过化学反应将杂质溶解去除。如使用硫酸和双氧水的混合酸液对晶圆进行清洗,可有效去除有机污染物和金属杂质。
碱洗设备:适用于去除晶圆表面的有机物、油脂以及某些金属杂质。一般采用氢氧化钠、氢钾等碱性溶液作为清洗液,在一定的温度和时间条件下对晶圆进行清洗。
兆声波清洗设备:其原理是利用兆声波技术,产生高频率、高能量的声波,能够更有效地去除晶圆表面的微小颗粒和污染物。兆声波清洗设备的清洗效果均匀,对晶圆的损伤较小,常用于对清洗要求较高的场合。
浸泡槽:将晶圆浸入化学溶液中,通过浸泡和搅拌去除污染物。通常配有加热系统,以维持溶液的温度。
喷淋系统:通过高压喷嘴将化学溶液喷射到晶圆表面,以去除污染物。通常配有精密的喷嘴和流量控制系统,以确保均匀的喷淋效果。
干法清洗设备
等离子清洗机:通过在真空腔体里产生等离子体,利用等离子体的活性粒子与晶圆表面的污染物发生化学反应或物理轰击,从而达到清洗的目的。等离子清洗机可以去除晶圆表面的有机污染物、氧化物、残留的光刻胶等,并且具有清洗效果好、无污染、干燥速度快等优点。
气相清洗设备:通常采用特定的气体或气体混合物,在一定的工艺条件下对晶圆进行清洗。例如,使用氟化氢气体对硅晶圆表面进行清洗,可以去除表面的金属杂质和氧化物,但气相清洗设备对工艺参数的控制要求较高,且部分气体具有一定的危险性。
机械刷洗设备
毛刷清洗机:通过毛刷与晶圆表面的相对运动,对晶圆表面进行刷洗,以去除颗粒、有机物等杂质。毛刷的材质和硬度需要根据晶圆的特性和清洗要求进行选择,以避免对晶圆表面造成划伤。
旋转刷清洗设备:通过旋转刷子和清洗液对晶圆进行机械刷洗。特别适合清除较大污染物,具有较高的清洗效率。
自动化集成设备
全自动晶圆清洗设备:将多种清洗工艺集成在一起,实现自动化的清洗流程。这类设备通常包括多个清洗槽、干燥槽、传输系统以及控制系统等,能够按照预设的程序依次完成晶圆的清洗、漂洗、干燥等工序,提高清洗效率和一致性。
在线式晶圆清洗设备:一般安装在生产线上,与前后工序的设备相连接,实现晶圆在生产过程中的实时清洗。在线式清洗设备可以根据生产工艺的要求,快速地对晶圆进行清洗,减少晶圆在空气中的暴露时间,提高产品质量。
单片清洗机:用于单片晶圆的清洗,自动化程度高,适合大批量生产。通常配备自动传输系统、化学供液系统和控制系统,以实现晶圆的自动清洗。
批量清洗机:一次处理多片晶圆,效率较高,但对清洗质量的要求较高。通常配备多个清洗槽和自动传输系统,以实现多片晶圆的同时清洗。
特殊应用设备
CO₂干冰清洗设备:包括CO₂供应系统、喷嘴和控制系统,用于将CO₂干冰颗粒喷射到晶圆表面进行清洗。通过快速气化的CO₂干冰颗粒产生强力气流冲击表面,有效去除污染物。
单片SAPS兆声波清洗设备:采用兆声波技术,在微观层面上产生强烈的振动和冲击力,从而更有效地去除晶圆表面的微小颗粒和污染物。
单片TEBO兆声波清洗设备:与SAPS类似,但可能在清洗参数、效率或适用范围上有所优化,以满足特定生产需求。
单片背面清洗设备:专门用于清洗晶圆的背面,确保背面也达到所需的洁净度。
单片前道刷洗设备:在前道工序中使用,对受污染的晶圆进行初步清洗,保障后续工艺顺利进行。
这些设备根据不同的清洗原理、应用场景和工艺需求进行组合使用,以确保晶圆表面的洁净度符合半导体制造的高标准要求。随着技术的进步,新型设备不断涌现,进一步提升了清洗效率和精度。