Was ist ein Halbleiter-Reinigungsgerät?
Das Halbleiter-Reinigungsgerät ist ein Oberbegriff für Geräte, die im Reinigungsprozess, einem der Halbleiter-Herstellungsprozesse, eingesetzt werden.
Der Reinigungsprozess ist ein wichtiger Prozess, der 30-40 % des gesamten Halbleiterherstellungsprozesses ausmacht. Es gibt zwei Arten von Reinigungsprozessen: die Reinigung als Vorprozess, um ausreichende Verunreinigungen vor dem Hochtemperaturbehandlungsprozess und dem Dünnschichtbildungsprozess zu entfernen, und die Reinigung als Nachprozess, um Resistrückstände nach dem Ätzprozess zu entfernen, um Oxidschicht und Dünnschicht zu entfernen.
Halbleiter-Reinigungsgeräte lassen sich grob in Nassreinigungsgeräte, die Chemikalien und reines Wasser verwenden, und Trockenreinigungsgeräte, die keine Chemikalien verwenden, einteilen.
Anwendungen von Halbleiter-Reinigungsgeräten
Halbleiter-Reinigungsgeräte werden in verschiedenen Prozessen in Halbleiterfertigungsanlagen eingesetzt. Sie werden sowohl im Front-End-Prozess der Formung von Halbleiterelementen auf Siliziumwafern als auch im Back-End-Prozess der Trennung und Verpackung der Elemente zur Herstellung des Endprodukts eingesetzt.
Vor allem im Front-End-Prozess haben Verunreinigungen und Ablagerungen auf der Waferoberfläche einen sehr großen Einfluss auf die Qualität und den Ertrag der Halbleiter. Aus diesem Grund werden Halbleiter-Reinigungsgeräte in sehr vielen Stufen eingesetzt, z. B. vor dem Prozess der Bildung von Oxid- und Dünnschichten auf den Wafern, nach dem Schichtabscheidungsprozess und nach dem Ätzprozess.
Funktionsweise der Halbleiter-Reinigungsgeräte
In den Front-End-Prozessen der Halbleiterherstellung müssen Halbleiter-Reinigungsanlagen eingesetzt werden, um Verunreinigungen von der Waferoberfläche gründlich zu entfernen. Insbesondere vor und nach dem Oxidationsprozess, bei dem durch Hochtemperaturverarbeitung ein Oxidfilm auf der Waferoberfläche gebildet wird; vor und nach dem CVD-Prozess, bei dem der Wafer zur Bildung eines Films einem Gas aus Dünnschichtmaterial ausgesetzt wird; und vor und nach dem Sputterprozess, bei dem die Waferoberfläche zur Bildung eines Films einem durch eine elektrische Entladung ionisierten Dünnschichtmaterial ausgesetzt wird.
Eine unzureichende Reinigung erhöht die Häufigkeit fehlerhafter Produkte und wirkt sich negativ auf die Qualität und die Kosten aus. Nassreinigungsanlagen, die mit Chemikalien arbeiten, können nicht mehr als einen Chemikalientyp auf einmal verwenden, so dass die Wafer mit einem Chemikalientyp gereinigt und dann mit reinem Wasser gespült werden, bevor sie in den nächsten Chemikalientank getaucht werden. Außerdem ist ein Verfahren zum Trocknen des Wafers nach Abschluss der Reinigung erforderlich.
Arten von Halbleiter-Reinigungsgeräten
Je nach Reinigungsverfahren lassen sich Halbleiter-Reinigungsgeräte in zwei Typen einteilen: Batch- und Single-Wafer-Reinigungsgeräte. Nach dem Reinigungsverfahren können sie in trockene und nasse Typen unterteilt werden.
1. Klassifizierung nach Reinigungsverfahren
Batch-Typ
Mehrere Wafer werden zur gleichen Zeit in den Reinigungstank getaucht. Je nach Art der Chemikalie kann man zwischen einem Mehrbehälter- und einem Einbehälter-Typ unterscheiden. Beim Mehrtank-Typ werden die Behandlungstanks nacheinander vorbereitet und eingetaucht, während beim Eintank-Typ die chemische Lösung in nur einem Tank gewechselt und gereinigt wird.
Einzel-Wafer-Typ
Die Wafer werden einzeln gereinigt. Der Wafer wird gedreht und gereinigt, indem er mit Hilfe einer Düse mit der Behandlungsflüssigkeit besprüht wird.
2. Klassifizierung nach Reinigungsverfahren
Nasses Verfahren
Bei dieser Methode werden flüssige Chemikalien für die Reinigung verwendet.
Trockene Methode
Für die Reinigung wird eine nicht flüssige Methode wie Ozon oder Argon-Aerosol verwendet.
Aufbau von Halbleiter-Reinigungsgeräten
1. Batch-Typ mit mehreren Tanks
Zur Behandlung von Wafern werden diese nacheinander eingetaucht und wiederholt gereinigt und abgespült. Es kann eine große Anzahl von Wafern auf einmal behandelt werden, aber die Anlage ist groß und die Menge der verwendeten Chemikalien steigt.
2. Einzeltank-Batch-Verfahren
Es wird nur ein Verarbeitungstank verwendet. Dieser Batch-Typ gleicht die Nachteile des Mehrtank-Typs aus, indem die Reinigungssequenz durch den Austausch der Chemikalien aufgebaut wird. Er ist relativ platzsparend und kann große Mengen an Wafern verarbeiten. Der Chemikalienverbrauch ist hoch, da die Chemikalien für jeden Prozess gewechselt werden müssen.
3. Einzel-Wafer-Typ
Die Chemikalien werden auf jeden Wafer einzeln aufgesprüht und zur Reinigung mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Dies spart Platz, reduziert die Menge der verwendeten Chemikalien und verhindert eine Verunreinigung der Prozessflüssigkeit. Da der Wafer jedoch gedreht wird, wird die chemische Lösung verstreut, was die Rückgewinnung und Wiederverwendung erschwert.
Auswahl von Halbleiter-Reinigungsgeräten
Für die Verunreinigungen, auf die der Reinigungsprozess abzielt, gibt es verschiedene Reinigungsmethoden. Beispiele für Verunreinigungen sind mikroskopische Ablagerungen, die als Partikel bezeichnet werden, Natriummoleküle sowie Öl- und Fettbestandteile, die im menschlichen Schweiß usw. enthalten sind, und organische Stoffe wie Kohlenstoffmoleküle und Metallatome, die in den in der Fabrik verwendeten Chemikalien enthalten sind.
1. Partikel
Partikel werden durch physische Reinigung mit Bürsten oder Nassreinigung mit alkalischen Chemikalien entfernt.
2. Organische Verunreinigungen
Zur Entfernung organischer Verunreinigungen können Nassreinigungsgeräte mit sauren Chemikalien und Ozonwasser sowie Trockenreinigungsgeräte wie Plasmareiniger und Ultraviolett-Ozonreiniger eingesetzt werden.
3. Metallverunreinigungen
Die Nassreinigung mit sauren Chemikalien wird zur Entfernung von Metallverunreinigungen eingesetzt.