濕法刻蝕是利用相應的刻蝕液先将晶圓要刻蝕的膜進行分(fēn)解， 再把其變為(wèi)可溶性的化(huà)合物并去除，那濕法刻蝕清洗機的結構和工作(zuò)原理(lǐ)是什(shén)麽？今天就(jiù)帶大家瞧一(yī)瞧。

一(yī)、刻蝕清洗設備分(fēn)類

濕法刻蝕清洗機按清洗的結構方式可以分(fēn)為(wèi)槽式批量清洗和單片清洗機兩種類型。而槽式清洗又可分(fēn)為(wèi)半自動清洗和全自動清洗兩種機台。

二、清洗設備結構組成

清洗設備主要由耐腐蝕機架、 酸槽、 水槽、 幹燥槽、 控制單元、 排風(fēng)單元以及氣體(tǐ)和液體(tǐ)管路(lù)單元等幾大部分(fēn)構成。

▲ 濕法刻蝕清洗機的結構組成部分(fēn)

其中酸槽和管路(lù)單元是清洗設備的主要組成部分(fēn)。 按照材料的差異， 槽體(tǐ)可分(fēn)為(wèi)用不鏽鋼材質的生(shēng)産的槽、 用NPP 材質生(shēng)産的抗腐蝕的槽、 用PVDF材質生(shēng)産的槽、 用PTFE材質生(shēng)産的槽、 用石英材質生(shēng)産的槽等， 按照功能(néng)的差異槽體(tǐ)又可分(fēn)為(wèi)酸堿刻蝕槽、 溢流清洗槽、 快(kuài)速排水槽和使晶圓快(kuài)速幹燥的幹燥槽等， 根據清洗工藝要求的不同， 還可以增加腐蝕液的超聲及兆聲清洗、 腐蝕液加熱或制冷、攪拌、 循環及去離子(zǐ)水加熱等清洗功能(néng)。

在材料選擇上(shàng)， 不鏽鋼槽主要用于有機溶液或堿性溶液； 而石英加熱槽主要用于酸性溶液， 而且該槽耐高溫， 一(yī)般為(wèi)二百攝氏度， 最高可以達到四百攝氏度；高純度聚丙烯槽主要用于溫度小于八十攝氏度的酸堿溶液；聚氟乙烯槽常常用來(lái)承裝 BOE 以及氫氟酸， 要求溫度最高不能(néng)高于一(yī)百二十攝氏度。 聚四氟乙烯槽可用于幾乎所有的酸堿以及有機溶液，其耐溫小于150攝氏度。

在功能(néng)選擇上(shàng)， QDR槽即快(kuài)速排水清洗槽常常使用在酸堿刻蝕後對去離子(zǐ)水的沖洗工藝上(shàng)。 其工作(zuò)原理(lǐ)是先從該槽體(tǐ)上(shàng)部噴淋以及底部注入去離子(zǐ)水， 等到一(yī)定量後在把去離子(zǐ)水快(kuài)速排空。 通過把去離子(zǐ)水快(kuài)速排走帶走雜質離子(zǐ)。 這(zhè)一(yī)過程一(yī)般要反複 進行 3-4 個(gè)循環。其工作(zuò)原理(lǐ)如(rú)圖1所示。

▲ 圖1 QDR槽清洗原理(lǐ)圖

超聲槽是指利用槽體(tǐ)底部或側面超聲發出振闆産生(shēng)超聲波，超聲波，超聲波在水中或溶液中生(shēng)成大量的氣泡， 氣泡破裂釋放(fàng)強大的動能(néng)。 超聲波的頻率通常為(wèi)28kHz 或 48kHz，頻率越高，清洗的顆粒越小。工藝腐蝕槽是指利用各類酸堿刻蝕液以及有機溶液，實現(xiàn)某些(xiē)刻蝕過程或清洗的效果。

溢流槽的工作(zuò)原理(lǐ)為(wèi)底部持續注入去離子(zǐ)水，從上(shàng)部四周外溢，從而通過水流帶走污染物。其工作(zuò)原理(lǐ)如(rú)圖2所示。

▲ 圖2 溢流槽工作(zuò)原理(lǐ)圖

三、清洗設備幹燥方式

通過去離子(zǐ)水清洗後， 需要在最短的時(shí)間(jiān)裏把晶圓表面的水分(fēn)去除， 而且去除後晶圓的外表不要有任何水痕， 否則會降低(dī)晶圓的良率。 半導體(tǐ)生(shēng)産上(shàng)常采用以下(xià)幾種幹燥方式：旋轉甩幹、熱氮氣烘幹、異丙醇慢(màn)提拉幹燥及 Marangoni幹燥。

a.旋轉甩幹

目前對晶圓的清洗以及脫水處理(lǐ)方式主要有旋轉沖洗、離心甩幹和氮氣烘幹三種工藝，該工藝主要用于在潔淨度上(shàng)要求很高的晶圓的沖洗幹燥， 這(zhè)種工藝雖然簡單， 但(dàn)清洗甩幹效果好(hǎo)(hǎo)， 所以從發明帶現(xiàn)在的幾十年裏一(yī)直被廣泛使用。這(zhè)種工藝的最重要的地方有以下(xià)幾點：一(yī)邊使晶圓轉動一(yī)邊清洗，然後快(kuài)速旋轉而甩幹， 同時(shí)加入熱的氮氣促使晶圓烘幹流程， 該甩幹工藝原理(lǐ)見圖3。

▲ 圖3 旋轉沖洗甩幹機工作(zuò)原理(lǐ)圖

b. 熱氮氣烘幹方式

熱氮氣烘幹槽采用了(le)桶狀的加熱槽結構，氮氣通過在線加熱器(qì)加熱後從槽體(tǐ)頂部周邊噴淋下(xià)來(lái)，在槽體(tǐ)底部安裝有可以調節的排水以及排氣的結構。其工作(zuò)原理(lǐ)見圖4。

▲ 圖4 熱N2 烘幹槽工作(zuò)原理(lǐ)圖

c. IPA 慢(màn)提拉幹燥方式

其利用了(le)水易于溶于IPA 溶液的特點，先要把晶圓放(fàng)在異丙醇中使晶圓進行預脫水，預脫水後再将其放(fàng)入裝有 IPA溶液的槽體(tǐ)底部， 該槽體(tǐ)底部帶有一(yī)個(gè)加熱裝置， 而且該加熱裝置是可控制的， 它可将液體(tǐ)的異丙醇加熱成熱的異丙醇蒸汽。 在槽體(tǐ)的上(shàng)部安裝有冷凝管， 它可使揮發的異丙醇氣體(tǐ)冷卻成液體(tǐ)的異丙醇， 從而實現(xiàn)對異丙醇的循環利用； 并且在此槽體(tǐ)裏裝有緩慢(màn)上(shàng)升的機械裝置，可将矽片緩慢(màn)提升到熱的IPA 蒸汽裏并使矽片幹燥。其工作(zuò)原理(lǐ)如(rú)圖5所示。

▲ 圖5 IPA慢(màn)提拉幹燥原理(lǐ)圖

d. Marangoni dryers幹燥

該幹燥方式利用了(le)矽片表面張力的梯度變化(huà)原理(lǐ)， 達到使晶圓幹燥的目的。 先用流動的去離子(zǐ)水在晶圓外表面産生(shēng)很薄的一(yī)層水膜，之後再通入大量的異丙醇氣體(tǐ)把晶圓上(shàng)的水層去掉，從而使矽片幹燥。這(zhè)種工藝重中之重是要控制去離子(zǐ)水層和異丙醇氣體(tǐ)層在矽片表面移動的快(kuài)慢(màn)。工作(zuò)原理(lǐ)如(rú)圖6所示。 目前半導體(tǐ)工廠裏常用的移動速度是 1--1.5mm/s,現(xiàn)在還有一(yī)種好(hǎo)(hǎo)的方法是增加去離子(zǐ)水兆省噴頭并且控制移動速度在0.3--2.5mm/s.這(zhè)種方式一(yī)般用于高端的單片腐蝕清洗上(shàng)。

▲ 圖6 Marangoni dryers幹燥原理(lǐ)圖

目前， 由于清洗效率、 清洗工藝和操作(zuò)工安全健康等因素的考慮， 半導體(tǐ)工廠裏越來(lái)越多的使用全自動清洗設備。這(zhè)種系統将以上(shàng)所提及的清洗技術有機的集成在一(yī)個(gè)封閉的機台裏，利用自動機器(qì)手臂在各酸槽以及水槽和幹燥槽之間(jiān)進行晶舟的傳遞并協助清洗以及幹燥等過程。 最近幾年來(lái)， 由于集成電路(lù)關(guān)鍵尺寸的不斷縮小和對矽片背面保護的需要，業界研發了(le)一(yī)種用不同酸液一(yī)邊噴淋清洗旋轉着的矽片的單片清洗技術。因為(wèi)清洗矽片往往需要多種酸堿刻蝕液以及清洗液共同作(zuò)用， 如(rú)果隻使用單腔單層的清洗方式和清洗工藝， 那麽各種溶液就(jiù)會相互融合而不能(néng)回收再使用， 從而增加了(le)半導體(tǐ)生(shēng)産工廠的使用成本， 後來(lái)的單片清洗機台已升級為(wèi)單腔多層的機台類型。該腔體(tǐ)結構示意圖如(rú)圖7所示。

▲ 圖7 單腔多層腔體(tǐ)結構示意圖

有多種溶液在一(yī)個(gè)反應腔裏相繼進行腐蝕清洗工作(zuò)。該設備裏配有承接晶片的承片台， 它載着矽片變換不同的高度。 在不同高度處， 會有不同的溶液噴到正在旋轉的晶片表面，完成特定的功能(néng)後按不同的溶液回收到不同的回收區域，酸液即可被循環使用。