עקרונות, תהליכים, שיטות וציוד לניקוי ופלים

איור: השוואה בין ניקוי אצווה לניקוי בודד

תהליך ניקוי ופלים טיפוסי כולל את השלבים העיקריים הבאים:

1. ניקוי מקדים (ניקוי מקדים)

מטרת הניקוי המקדים היא להסיר מזהמים רופפים וחלקיקים גדולים מפני השטח של הוופל, דבר המושג בדרך כלל באמצעות שטיפה במים מזוהמים (DI Water) וניקוי אולטרסאונד. מים מזוהמים יכולים להסיר בתחילה חלקיקים וזיהומים מומסים מפני השטח של הוופל, בעוד שניקוי אולטרסאונד משתמש באפקטים של קוויטציה כדי לשבור את הקשר בין החלקיקים לפני השטח של הוופל, מה שמקל על הסרתם.

2. ניקוי כימי

ניקוי כימי הוא אחד השלבים המרכזיים בתהליך ניקוי פרוסות סיליקון, והוא משתמש בתמיסות כימיות להסרת חומרים אורגניים, יוני מתכת ותחמוצות מפני השטח של פרוסות סיליקון.

הסרת חומר אורגני: בדרך כלל, משתמשים באצטון או בתערובת אמוניה/מי חמצן (SC-1) כדי להמיס ולחמצן מזהמים אורגניים. היחס הטיפוסי לתמיסת SC-1 הוא NH₄OH

₂O₂

₂O = 1:1:5, עם טמפרטורת עבודה של כ-20°C.

הסרת יוני מתכת: חומצה חנקתית או תערובות של חומצה הידרוכלורית/מי חמצן (SC-2) משמשות להסרת יוני מתכת מפני השטח של פרוסת הוופל. היחס הטיפוסי לתמיסת SC-2 הוא HCl.

₂O₂

₂O = 1:1:6, כאשר הטמפרטורה נשמרת על כ-80 מעלות צלזיוס.

הסרת תחמוצת: בתהליכים מסוימים נדרשת הסרת שכבת התחמוצת המקורית מפני השטח של פרוסת הוופל, ולשם כך משתמשים בתמיסת חומצה הידרופלואורית (HF). היחס הטיפוסי לתמיסת HF הוא HF.

₂O = 1:50, וניתן להשתמש בו בטמפרטורת החדר.

3. ניקיון סופי

לאחר ניקוי כימי, פרוסות ופלים עוברות בדרך כלל שלב ניקוי סופי כדי להבטיח שלא יישארו שאריות כימיות על פני השטח. ניקוי סופי משתמש בעיקר במים מזוהמים לשטיפה יסודית. בנוסף, ניקוי במים באמצעות אוזון (O₃/H₂O) משמש להסרת כל מזהם שנותר מפני השטח של הוופל.

4. ייבוש

יש לייבש את הוופלים הנקיים במהירות כדי למנוע כתמי מים או הידבקות חוזרת של מזהמים. שיטות ייבוש נפוצות כוללות ייבוש בסחיטה וניקוי בחנקן. הראשונה מסירה לחות מפני השטח של הוופלים על ידי סיבוב במהירויות גבוהות, בעוד שהשנייה מבטיחה ייבוש מלא על ידי ניפוח גז חנקן יבש על פני השטח של הוופלים.

מזהם

שם נוהל הניקוי

תיאור תערובת כימית

כימיקלים

חלקיקים	פיראנה (SPM)	חומצה גופרתית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגוליים	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1 (APM)	אמוניום הידרוקסיד/מי חמצן/מים דיאולטרה סגולים	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
מתכות (לא נחושת)	SC-2 (HPM)	חומצה הידרוכלורית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגולים	HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C
	פיראנה (SPM)	חומצה גופרתית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגוליים	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C
	DHF	חומצה הידרופלואורית מדוללת/מים די-אולטרה-פלואורית (לא תסיר נחושת)	HF/H2O1:50
אורגניים	פיראנה (SPM)	חומצה גופרתית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגוליים	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1 (APM)	אמוניום הידרוקסיד/מי חמצן/מים דיאולטרה סגולים	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	DIO3	אוזון במים דה-יוניזים	תערובות אופטימליות של O3/H2O
תחמוצת טבעית	DHF	חומצה הידרופלואורית מדוללת/מים דיאולטרה-פלואורית	HF/H2O 1:100
	BHF	חומצה הידרופלואורית שנאגרה	NH4F/HF/H2O

3. שיטות ניקוי נפוצות של ופלים

1. שיטת ניקוי RCA

שיטת ניקוי RCA היא אחת מטכניקות ניקוי הופלים הקלאסיות ביותר בתעשיית המוליכים למחצה, שפותחה על ידי תאגיד RCA לפני למעלה מ-40 שנה. שיטה זו משמשת בעיקר להסרת מזהמים אורגניים וזיהומים של יוני מתכת וניתן להשלים אותה בשני שלבים: SC-1 (Standard Clean 1) ו-SC-2 (Standard Clean 2).

ניקוי SC-1: שלב זה משמש בעיקר להסרת מזהמים אורגניים וחלקיקים. התמיסה היא תערובת של אמוניה, מי חמצן ומים, היוצרת שכבת תחמוצת סיליקון דקה על פני הוופל.

ניקוי SC-2: שלב זה משמש בעיקר להסרת מזהמים של יוני מתכת, באמצעות תערובת של חומצה הידרוכלורית, מי חמצן ומים. הוא משאיר שכבת פסיבציה דקה על פני הוופל כדי למנוע זיהום חוזר.