模組化量產的半導體晶圓清洗設備

矽基板加工工程與清洗設備

清洗目的

  • 前製程的清洗：
    主要目的是去除製程中產生的污染物。
  • 後製程的清洗：
    主要目的是去除微粒以及金屬污染物。
    代表性的清洗方法稱為RCA清洗。

RCA清洗的目的

在半導體製造過程中，將良率提升至100％是最大的目標。影響良率的主要因素為微粒和金屬污染。微粒可能導致配線斷裂或短路，金屬則是造成噪音的主要原因。這些因素會明顯影響良率。

批次式全自動晶圓清洗機整體圖

什麼是RCA清洗

  • APM（SC-1）清洗：以去除微粒為目的的清洗方法。NH4OH + H2O2 + DIW
  • APM（SC-2）清洗：以去除金屬污染為目的的清洗方法。HCl + H2O2 + DIW
  • DHF清洗：以去除微粒/金屬污染為目的的清洗方法。HF + DIW
  • SPM清洗：以去除有機物為目的的清洗方法。H2SO4 + H2O2

矽基板製造流程
（紅字產品線列表）

Ø12英寸矽晶圓加工流程中，流程間的搬送幾乎已實現自動化。
流程間的移送使用FOSB容器，在與外界隔離的狀態下進行移送。
流程間的搬送方式包括利用天井空間進行移送的OHT方式，以及使用地面移送的AGV方式，但目前以OHT方式為主流。
為了管理粒子與金屬，這是一個絕對必要的系統。
工程 內容
單晶 CZ法、MCZ法、FZ法
晶體外圍研磨方位測定 外圍研磨
為了確認晶體方位，進行切削加工或刻槽處理
切片 鑽石刀片：小直徑晶圓
線鋸：Ø8、Ø12
游離研磨粒子、油性研磨粒子、水性研磨粒子
固定研磨粒子：將研磨粒子固定於線鋸上（容易產生鋸痕）
切片後清洗 去除研磨粒子。以鹼性 + 表面活性劑為主進行清洗
Ø12的情況下，使用分離機進行：晶圓清洗及剝離
倒角 進行晶圓邊緣的加工及研磨。
研磨 雙面研磨機：使晶圓表面平坦。
包裝後清洗機 去除包裝研磨粒子：以鹼性＋界面為主的清洗方式
蝕刻 去除包裝加工時所產生的加工變形。
酸性蝕刻（擴散速率控制）：HF, HNO3, CH3COOH混合酸液
鹼性蝕刻（反應速率控制）：KOH或NaOH的濃縮液
研磨 針對Ø12晶圓，以研磨取代拋光來提升平坦度的方法。
分為雙面研磨與單面研磨。
鹼性蝕刻 去除研磨過程中產生的加工應力
熱處理前清洗 以RCA清洗為基礎，但會因使用者的生產線配置而有所不同
熱處理 捕獲效應
BSD：在晶圓背面形成加工引起的應力層，以產生捕獲效應。
熱處理：透過熱處理在晶圓內部形成應力層，有多種方法可實現。
熱處理後清洗 以RCA清洗為基礎，但會因使用者的生產線配置而有所不同
拋光（研磨） 鏡面研磨：將晶圓表面的凹凸降至極限。
雙面研磨：Ø12採用雙面研磨
單面研磨：Ø8以下主要採用單面研磨
研磨後清洗 拋光後清洗：以RCA清洗為基礎，包含DHF、SC-1、SC-2、O3水
微粒檢測 KLA (Tencor) SP3
最終清洗 以RCA清洗為基礎，包含DHF、SC-1、SC-2、O3水