Wafer-Reinigung: BATCHSPRAY® und SicOzone™ reduzieren den Chemikalienverbrauch erheblich
Die weltweiten Halbleiterfabriken arbeiten aktiv an der Nachhaltigkeit. Die Verwendung von Ozon für die Reinigung unterstützt diese Bemühungen in der Halbleiterfertigung direkt. Die Batch-Spritzreinigung mit dem SicOzone™-Verfahren gewährleistet einen hohen Durchsatz, einen geringen Medienverbrauch und eine zuverlässige Leistung. Darüber hinaus erreicht die Spiking-Technologie mit Ozon ein Sauberkeitsniveau, das dem herkömmlicher Methoden gleichkommt.
Die Nassreinigung von Einzelwafern ist die gängigste Methode. Bei dieser Methode wird Ultraschall eingesetzt, um winzige Partikel von der Waferoberfläche zu entfernen, aber sie hat erhebliche Nachteile. Die Reinigung der einzelnen Wafer verbraucht eine Menge Chemikalien und verlangsamt die Produktion. Dagegen ist die Batch-Spritzreinigung eine bessere Option, da sie weniger Chemikalien benötigt und mehr Wafer auf einmal reinigt, was sie effizienter und umweltfreundlicher macht.
Resiststreifen / organische Reinigung vs. SicOzone™
Traditionell wird eine Piranha-Mischung zur Reinigung von organischen Rückständen oder zur Entfernung von Photoresist verwendet. Diese Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid muss häufig mit Peroxid aufgefrischt werden, was zu einem hohen Chemikalienverbrauch führt. Ein Batch-Sprühreiniger mit Ozon hingegen macht Schwefelsäure und Peroxid überflüssig und reduziert den DI-Wasserverbrauch um 22,4 %. Der niedrige Chemikalienverbrauch wird erreicht, indem DI-Wasser und Ozongas auf die Waferoberfläche gesprüht werden, wodurch organische Rückstände wirksam gereinigt werden.
SPM Reinigung/Resist strip & ozonebasierte Reinigung/Resist strip
Zur Entfernung des Fotolacks wechselt der Prozess zwischen Strip- und Clock-Schritten, um die Abtragsrate zu erhöhen. Während des Strip-Schrittes drehen sich die Wafer mit sehr hoher Geschwindigkeit, wodurch die DI-Wasserschicht auf ein Minimum reduziert wird. Dadurch kann das Ozon das Wasser durchdringen und direkt mit dem Fotolack auf der Waferoberfläche reagieren. Bei der Reaktion entstehen CO₂ und andere Rückstände, die von der Zusammensetzung des Fotolacks abhängen.
Organische Reinigung vs. SicOzone™
Um die Reinigungsleistung einer herkömmlichen SC1-Mischung (Verhältnis 1:1:5) zu erreichen, verwendet das System ein NH4OH-Spiking-Verfahren. Zusätzlich zum Ozongas und dem DI-Wasserstrom werden 20 ml NH4OH pro Minute in das DI-Wasser eingespritzt. Dadurch wird der gleiche SC1-Effekt erzielt und organisches Material durch Ätzen von Partikeln von der Wafer-Oberfläche entfernt.
SC1-Reinigung & ozonbasiertes Reinigen
Der Vergleich zeigt einen organischen Reinigungsschritt, gefolgt von einer Spül- und Trockensequenz. Der NH4OH-Verbrauch sinkt um 81,4 %, und Ozon ersetzt das Peroxid, wodurch der DI-Wasserverbrauch auf 20,1 % sinkt. Der Oxidverlust bleibt unter 0,5 Å, mit leichten messtechnisch bedingten Schwankungen. Ein genauerer Blick auf ein Prozesslos mit 50 Wafern zeigt konsistente Ergebnisse über alle Wafer hinweg.
Metallreinigung vs. SicOzone™
Metallverunreinigungen werden normalerweise mit SC2 gereinigt, einer Mischung aus HCl, H₂O₂ und Wasser (Verhältnis 1:1:5). Um dies in einer Batch-Anlage nachzubilden, fügt ein HCl-Dosiersystem dem DI-Wasserstrom 50 ml pro Minute zu. Das Ozongas wird auf die gleiche Weise wie in SC1 in die Prozesskammer eingeleitet.
SC2-Reinigung & ozonbasiertes Reinigen
Da sich das Metallreinigungsverfahren von der organischen Reinigung unterscheidet, werden weniger DI-Wasser und Ozon benötigt. Der HCl-Verbrauch sinkt um 81,14 % und der DI-Wasserverbrauch um 32,11 % im Vergleich zum herkömmlichen SC2.
Oxidische Ätzung vs. SicOzone™
Ein zusätzliches Spiking-System bietet die Flexibilität, entweder natives oder gewachsenes Oxid zu ätzen. Zum Ätzen des Oxids wird der HF-Fluss von 5 bis 120 ml pro Minute eingestellt und in den DI-Wasserstrom injiziert, um eine bestimmte Ätzrate zu erreichen.
Traditionelle & Oxid-Entfernung im Sprühverfahren
Der HF-Verbrauch wird um 17,66 % und der DI-Wasserverbrauch um 8,5 % gesenkt. Anpassungen der Temperatur, des Durchflusses und der Spike-Menge führen zu unterschiedlichen Ätzraten, je nach Prozessanforderungen. Für die einfache Entfernung von nativem Oxid werden nur wenige ml HF pro Minute benötigt, während für die Entfernung von 500 Å eine Flussrate von 120 ml pro Minute erforderlich ist. Beide Prozesse können in ein und demselben System durchgeführt werden.
Verbrauch
Der größte Vorteil dieser Reinigungsmethode ist der geringere Chemikalienverbrauch, der zu erheblichen Einsparungen sowohl bei Chemikalien als auch bei DI-Wasser führt. Durch die Kombination aller Reinigungs- und Spülschritte werden zusätzliche Einsparungen erzielt. Die Spülschritte werden aufgrund der stark verdünnten Chemikalien kurz gehalten, was zu kürzeren Prozesszeiten und einem höheren Durchsatz führt. Ein weiterer Vorteil der Batch-Spritzreinigung besteht darin, dass mehrere Prozess- und Spülschritte ohne zusätzliches Handling durchgeführt werden können, was Zeit spart. NH4OH wird auf 1,16 ml pro Wafer reduziert, und auch HCl wird auf 1,16 ml reduziert. Der HF-Verbrauch hängt vom jeweiligen Zweck ab, kann aber auf 0,45 ml pro Wafer zur Oxidentfernung reduziert werden. Der DI-Wasserverbrauch sinkt um fast 21,4 %. Ozon macht H₂O₂ und H₂SO₄ überflüssig, und ausgedehnte Spülungen nach der SPM zur Entfernung von Schwefelionen von der Waferoberfläche sind nicht mehr erforderlich.
Die Reinigung von Wafern auf Siliziumbasis in einer Batch-Spritzreinigungsanlage mit Ozon reduziert den Einsatz von kritischen Ressourcen wie mehreren Chemikalien und DI-Wasser. Außerdem wird der Bedarf an neuen Chemikalien und Abfallbehandlung gesenkt oder sogar ganz eliminiert. Diese Vorteile tragen dazu bei, dass Halbleiterproduktionsanlagen das wichtige Ziel erreichen, ihren Kohlenstoff-Fußabdruck zu verringern.