ウェーハの洗浄とリンス乾燥

1. ウェーハの洗浄

ウェーハの保管、取り扱い、処理中に、マイクロ-、さらにはナノ-スケールの塵粒子や微量不純物がウェーハに付着することは避けられません。-これらの汚染物質が完全に除去されないと、回路パターンの欠陥、絶縁膜の漏れ、または金属配線の腐食に直接つながり、最終的にはデバイスの故障につながります。したがって、洗浄プロセスは総製造工数の 20%~30% を占め、プロセスの安定性を確保するための中核となっています。-

1.1 洗浄でホコリを徹底除去：化学的・物理的分解

技術的な観点から見ると、洗浄は主に化学的分解と物理的分解の相乗効果に依存しています。

たとえば、APM (水酸化アンモニウム-過酸化水素-水混合物) は有機残留物や粒子を効果的に除去でき、FPM (フッ化水素酸-過酸化水素-水) は酸化膜表面の金属不純物に対して高い選択性を持っています。 SPM (硫酸-過酸化水素、一般に「ピラニア溶液」として知られています) は、その強力な酸化特性により、頑固なフォトレジスト残留物を分解することができます。物理的洗浄では、超音波、メガソニック波、高圧噴射などの機械力を使用して、薬液が小さな隙間に浸透しやすくし、洗浄効率を向上させます。-金属配線後の敏感な段階では、金属腐食のリスクを避けるために、酸性薬液の代わりにアルコールやアセトンなどの有機溶剤を使用する必要があります。

0040-09095 ガスボックス、WCVD

1.1 洗浄装置

湿式洗浄装置は装置レベルでタンク式とモノリシック式の 2 つに分類されます。タンク式はマルチタンクシリーズによる薬液勾配洗浄を実現し、バッチ処理に適しています。{0}このモノリシック装置は、ロータリースプレーとブラッシングによるウェハモノリスの精密洗浄を実現しており、高度なプロセスによる局所的な汚染の厳密な制御に適しています。近年、二酸化炭素除雪やオゾンプラズマ処理などのドライクリーニング技術は、廃水の排出がなく、化学物質による汚染が少ないという利点から、環境保護とコストプレッシャーのもとで開発が加速しています。

たとえば、低温プラズマ クリーニングは、表面に活性粒子を衝突させることで、敏感な構造に損傷を与えることなくナノスケールの粒子を効率的に除去でき、3D NAND スタック間のクリーニング シナリオで広く使用されています。{0}}

現在、清掃プロセスはグリーンとインテリジェンスの方向に進化しています。フッ素を含まない APM や生分解性キレート剤など、環境に優しい新しい化学溶液の研究開発により、重金属廃水の排出リスクが効果的に低減されています。- AI-ベースのリアルタイム監視システム-は、洗浄液の組成、粒子濃度、表面反射率を分析することでプロセス パラメータを動的に調整し、洗浄効果の閉ループ最適化を実現します。-これらの技術の反復は、ナノスケールの汚染物質の除去を改善するだけでなく、3D 統合や高度なパッケージングなどの新興分野における高密度相互接続構造の信頼性に対する重要な保証を提供し、より高い歩留まりとより低い欠陥率の目標に向けて半導体製造を促進し続けます。-

2. 洗浄後、ウェーハをリンスし、乾燥させます。

リンス プロセスは超純水で実行されますが、これは半導体工場の総超純水消費量のかなりの部分を占めます。残留物が後続のプロセスやデバイスの性能に与える潜在的な影響を回避するには、多段階のリンスを通じて薬液を確実に完全に除去する必要があります。{0}リンス後のウェーハ表面の残留水分を完全に除去することが最大の目標となり、乾燥工程ではウォーターマークなし、異物付着なし、静電気保護などの複数の要件を満たす必要があります。

2.1 回転乾燥法

回転乾燥法は遠心力を利用してウェーハを高速回転させて水分を除去しますが、回転過程でウェーハ表面と窒素との摩擦により静電気が発生しやすく、装置の静電気破壊の危険性があります。{0}

このため、プロセスの安全性を確保するには、除電処理用の電子シャワーを適合させる必要があります。この方法は操作が簡単でコストが低いという利点がありますが、高い装置精度と環境クリーン度が要求され、二次汚染を避けるために回転数や窒素純度を厳密に管理する必要があります。

2.1 跡を残さないイソプロピルアルコール乾燥方法

イソプロピル アルコールの乾燥方法は、ウォーターマークの問題に対して最適化されています。ウォーターマークの本質は、乾燥工程中の残留水分によってウェーハ表面に形成される酸化シリコン水和物や不純物の痕跡であり、シリコン基板の疎水性や乾燥ムラによる局所的な水滴滞留と密接に関係しています。

イソプロピル アルコールは、表面張力が低く、水との相互溶解性が高いため、効果的に水を置き換え、ウォーターマークの形成の可能性を低減できます。具体的な実装方法としては、3つの主流技術が挙げられます。 洗浄したウエハをイソプロピルアルコール蒸気環境に置き、蒸気でウエハ表面の水分を置換し、乾燥させるイソプロピルアルコール蒸気乾燥。マランゴニ乾燥は、ウエハを超純水から引き上げるときに、ウエハと水との界面に沿ってイソプロピルアルコールの蒸気と窒素を同時に適用し、水は表面張力勾配によって急速に後退し、水滴の引きずりや残留を回避します。ロタゴニ乾燥は、回転乾燥とマランゴニ乾燥の 2 つの利点を組み合わせたもので、イソプロピル アルコール蒸気を使用して表面張力勾配を形成しながら、回転によって水分の蒸発を促進し、より効率的な乾燥効果を実現し、ウォーターマークの形成をさらに抑制します。

近年、半導体プロセスノードの小型化に伴い、乾燥プロセスの清浄度、均一性、環境保護に対する要求が高まっています。プラズマ-支援乾燥や超臨界二酸化炭素乾燥などの新しい乾燥技術が徐々に研究分野に参入しており、前者はプラズマ-で活性化された表面による非接触乾燥を実現し、後者は超臨界流体の特性を利用して表面-張力-のない乾燥を実現し、効果的に表面張力-を回避します。 ウォーターマークや静電気の問題。同時に、イソプロピルアルコールのリサイクルおよび再利用システムの最適化や、地球温暖化係数（GWP）の低い代替溶剤の開発などの環境保護対策も業界の焦点となっており、より効率的で、より環境に優しく、より信頼性の高い方向での半導体の洗浄および乾燥プロセスの開発が促進されています。