实用技 清洗世界 第３４卷第７期 Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｗｏｒｌｄ ２０１８年７月 文章编号：１６７１－８９０９（２０１８）０７－００１０—０３ 晶圆清洗技术应用 李东旭，陈立新，郭晓婷，马 岩，蒋兴桥，荣 宇 （沈阳仪表科学研究院有限公司．辽宁沈阳１１０１４３） 摘要：介绍在半导体Ｉｃ制成中晶圆清洗的重要性，随着集成电路的发展，对硅片的表面的洁 净度要求越来越高，对比以往的湿法化学清洗存在的污染物质不易处理的问题，提出利用先进 旋转喷淋技术，同时采用气液混合的清洗方式对硅片表面进行清洗，清洗后采用惰性气体直接 干燥。旋转喷淋清洗方式避免其他清洗方式的不足。提高了硅片的清洗效率。 关键词：晶圆清洗机；晶圆清洗：旋转喷淋技术 中图分类号：ＴＮ４０５ 文献标识码：Ａ Ｗａｆｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌ／Ｄｏｎｇｘｕ，ＣＨＥＮ Ｌｉｘｉｎ，ＧＵＯ Ｘｉａｏｔｉｎｇ，ＭＡ Ｙａｈ，ＪＩＡＮＧ Ｘｉｎｇｑｉａｏ，ＲＯＮＧ Ｙｕ （Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １０１４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｗａｆｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｉｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＩＣ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｈｉｐ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｄｅｍａｎｄｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ． Ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｒｏｔａｒｙ ｓｐｒａｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｎｏｔ ｅａｓｙ ｔｏ ｄｉｓｐｏｓｅ ｏｆ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｗｅｔ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｌｅａｎｉｎｇ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒ ｗａｓ ｃｌｅａｎｎｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ａ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ ａｉｒ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ．Ｔｈｅ ｉｎｅｒｔ ｇａｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｒｙ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｔｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｒｏｔａｒｙ ｓｐｒａｙ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｖｏｉｄｓ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｈｉｐ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｆｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｗａｆｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ；ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｒａｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 半导体ＩＣ制程主要以２０世纪５０年代以后发 题．仍有５０％以上的材料被损失掉＿２］。要得到高质 明的四项基础工艺（离子注入、扩散、外延生长及光 量的半导体器件，提高硅片表面的洁净度尤为重要。 刻）为基础逐渐发展起来，由于半导体晶圆对微污染 目前，通常应用的清洗方法是湿阀化学清洗方式ｌ３］， 物的存在非常敏感，为了达成晶圆表面无污染物的 由于在清洗过程中所用的有机溶济、碱性溶液、酸性 目标，必须移除表面的污染物并避免在制程前让污 溶液、表面活性剂等化学溶剂后期不易处理，若处理 染物重新残余在晶圆表面…。随着超大规模集成电 不当易造成环境污染等问题，文中提出利用先进旋 路的发展、集成度的不断提高、线宽的不断减小，对 转喷淋技术，将硅片以高速旋转起来，在旋转过程中 硅片表面的洁净度及表面态的要求也越来越高。在 通过不断向硅片表面喷淋液体，从而达到清洁硅片 目前的集成电路的生产中，由于硅片表面的沾污问 的目的 收稿日期：２０１８—０３－２０。 作者简介：李东旭（１９８７一），男，辽宁沈阳人，本科，工程师，主要从事划片机和清洗机机械设计、制图等方面工作。 ３４卷 李东旭．等．品圆清洗技术心Ｊ仃 １ 清洗技术工作原理及其特点 １．１清洗技术工作原理 清洗技术采Ｊ１ｊ旋转喷淋技术原理，原理示意 如 Ｉ所示 图ｌ 旋转喷淋示意原理图 该疗法利 所喷液体的溶解作刚来溶解硅片表 面的污渍，同ＩＩ，Ｊ￣ｔｌＪ｛ｊ高速旋转的离心作用，使溶甜杂 质的液体及时脱离硅片表面 。同时Ｉ｝ｔ于所喷液体 与旋转的硅片＿彳丁较高的相对速度，会产生较大的冲 击力，在冲击力的作用下，ｒＩ『以清除吸附的杂质。同 时， 清洗过程。ｆ ，町以采川气液混合的喷气式雾状 清洗方式，清洗后采用惰性气体直接 Ｉ 燥，完成对硅 片的清洗。 １．２清洗技术特点 （１）设备采用ＰＩ ｃ控制，易于操作，性能稳定。 （２）采用水和李气相结合的二流体注入喷气式 雾状清洗替代传统高压水冲洗。 （３）清洗裁俞使用徽孔陶瓷盘，平 度及平行度 高，ｆｆ‘不会发生陶瓷块脱落现象，增加使，［｝Ｊ寿命。 （４）利用一动离心锁紧的爪子锁紧网片环，避免 清洗时 现甩片现象． ．（５）清洗时问、ｆ燥时问、转速、吹气时问、喷 喷洒范Ｉ书ｌＩ均可在触屏中数字控制。 ２ 清洗技术工作流程 品网清洗机主要组成部分：ＰＬＣ控制器、电机驱动 器、伺服电机、步进电机、中心旋转吸盘、喷淋摆臂等器 件构成 品囝清洗机的控制结构框网如 ２所示。 图２ 晶圆清洗机的控制结构框图 品 清洗机ＰＬＣ控制流程冈如 ３所示。 图３ 清洗机ＰＩ ｃ控制流程图 如 ２、图３所示，晶 清洗机的控制流程为： ＰＬＣ控制器驱动电￣ＪＬ；ｇｌ７动器控制中心旋转电机带动 吸盘完成顺（逆）时针转动． 时ＰＬＣ控制器驱动步 进电机马区动器控制喷淋摆臂电机带动喷嘴进行左行 摆动，在驱动电机驱动的同时，打开水ｆｉ戈Ｉ、气阀，南喷 嘴ｒ『１喷｝ｌＪ水和空气相结合的二流体所形成的喷雾对 硅片进行全面清洗，清洗后利川惰性气体对硅片进 行＝ｆ：燥． ．清洗机中所需要设置的参数叮以 触屏中进行 控，ｔｉ０，如同４所示 清洗时间，十燥时间，转速，吹气时间，喷头喷洒 范同均町在参数没置中进行设置，在触屏中会实时 示ＩｆＪ心旋转吸盘的旋转速度、摆臂速度、摆臂 标、运行时问等参数 、并对清洗的硅片数 进行累计 、 清洗ｌＩ１： ７ ｌ９ｊ 图４ 清洗机参数设置界面 经过，Ｌ个ＪＪ的研制， 体的旋转喷淋清洗机研 制成功，许ｂｌｃ功推向ｊ 户．满 客户厂里需求 品 Ｉ叫清洗 【整 ｌ＆¨Ｉ ５所永． 图５ 晶圆清洗机 殳【ｌ【殳１ ５所爪，品同清洗机 使川方面易Ｊ 操作， 性能稳定，参数『ｌＪ‘以按照大挝Ｊ‘家的需求更改，目前 清洗机通川清洗３～８英 的 片．【ｆｌ心旋转吸 僦转速范 为４００～３ ０００ ｒ／Ⅲ－ｌ１＇清洗和｝：燥时间可 ３～３ ０００ ｓ Ｉ Ｊ、】没置、 大量实验僻 ，摆臂从ｒ １ 工位置到吸盘边缘的 线距离：４、ｊ 清洗吸盘的建ｃ义尺寸为６．１８ ｌｌｌｎｌ， ６寸清洗 蕊的建议尺 为９．２７ ＩｌｌＩｎ，８寸清洗吸盘 的建ｃ义 寸为ｌ２．３５ ｉｎｌｎ 清洗过程中吸蕊旋转速 俊，·般没定价为８００～１ ０００ ｒ／ ｎ 洗片过程中的 总运行时 ，址水清洗、水气清洗、氮气十燥时『日Ｊ的总 、表１给…『从ｊ干叶 片予在清洗过程中所设置的时问。 表１ 不同材质芯片清洗时间设置 清洗体积电『５Ｊ【芯片的过 ｆ｝ｌ，没 水 洗ＩＩ，Ｊ ’问为５ ｓ，水气混合消洗时间为ｌ５～２０ ｓ，氮 燥Ｉｔ、Ｊ’ 问为５ ｓ．１太ｌ此，铒次洗片的总运行ｌ１、ｆ问 ２５～３（）ｓ， 清洗 级管芯片的过程巾．没 水清洗Ｉ…川Ｉ为 ５ ｓ，水气混合清洗时间为ｌ０～ｌ５ ｓ，氮气ｆ燥时川Ｉ为 ５ ｓ， 此，每次洗片的总运行时 为２０～２５ 洗片 的清洗时问越矩，清洗芯片的败牢就越高 卡｝！ 际心ＪＩｊ情况埘清洗时间 ｒ以按照 求来没定，提Ｉ ｒ 片清洗的便捷度，易于揲作，使Ｊ¨简 、 ３ 总结 导体Ｉｃ清洗足Ｉｃ制 ｒｆＩ咂复次数最多的Ｉ 序，清洗效果的好坏较大程发的影响芯片制 技ｆｊ！ 体电路特性等质㈨ 题 伴随荷硅片的大“ｆ 化， 器ｆｌ：结构的超微小化、高集成化，刈硅片的太 净 度、 面的化学念、微粗糙度、代化膜厚度等太 求越来越高 清洗液使川的符种化 、 品处 １就 会严畦污染环境，Ｉ 述旋转喷淋 Ｊ＿，ｉ１清洗机巡免Ｊ’ 化学一１ 对环境的污染问题，唢嘴处采Ｊ｛ｊ水和１ ｆＩｊ 结合的二流体汴人喷气式雾状ｆＩＩｆ洗方式，提ｆ Ｊ 肚 片丧而的沽净度，是一种蜓经济、给环境 术 少污 染的清洗方式，从 获得离性能的硅片 参 考 文 献 ５１ 【 仁．半导休 ｛ＩＩ『洗技术［Ｊ＿．、Ｉ＂－ 体技术．２００３．９（２８）： ４４－４７． １ ２』能佳，马 ，杨德ｆ：，等．硅片清洗铀｝究发腮ｌ Ｊ ｊ．、 体 技术，２００１，２６（３）：Ｉ７－２０， 『３］刈红艳， 父良，Ｈ忠瑞． 片清洗＾乏坡新发腱『Ｊ １． …ｌ叫 稀土学报．２００３．１ ２：Ｉ４４—１４９． ［４ Ｊ 连武．硅片Ｊ ＪＩ ｌｒ ｌ 艺［Ｍ］．北 ：·…ｑ仃包 榍１‘、ｌｌ，． ｉ ｄ职Ｔ教育教材编Ⅲｔ办公事．
