半導體清洗製程優化

優化半導體製造中的清洗流程已成為確保裝置性能和可靠性的關鍵挑戰。近期研究表明，結合濕法和乾式清洗的先進技術以及諸如超音波清洗等創新方法，可以提高清洗效率並降低資源消耗。

在半導體製造中，濕式清洗和乾式清洗是兩種重要的清洗技術，各自具有獨特的特性和應用。

濕式清洗是半導體製造主要的清洗技術，佔清洗步驟的90%以上。此方法結合使用液態化學試劑和超純水，並輔以超音波/微波、加熱和真空等物理技術，以去除晶圓表面的污染物。 ¹ 其主要目的是去除顆粒、原生氧化物、有機物、金屬污染物、犧牲層、拋光殘留物等。

常見的濕式清洗技術包括：

• RCA清洗：使用氨水、過氧化氫和水的混合溶液（APM）以及鹽酸、過氧化氫和水的混合溶液（HPM）去除有機物和重金屬離子。
• IMEC清洗：使用臭氧和稀釋化學品以節省資源。
• 單晶圓清洗：最大程度地減少交叉污染和表面損傷，從而提高產品良率並降低成本。

乾洗技術則不同，它不使用液態化學品，而是依賴氣相化學技術，例如等離子清洗、超臨界二氧化碳清洗和電子束清洗。由於其各向異性刻蝕特性，該技術在製作精細線條和幾何圖案方面表現出色。

乾洗技術的主要特點包括：

• 等離子清洗：惰性氣體被激發成等離子體狀態，與表面分子反應生成揮發性產物。
• 光束清洗：​​利用導電清潔劑的細束，藉由破壞原子間的范德華力，高效去除雜質。
• 雷射光束清洗：​​有效去除微米級和亞微米級顆粒，且不損傷矽表面。

乾洗對於邏輯和儲存產品至關重要，尤其是在28nm以下的製程節點上。然而，由於化學蒸氣可能與矽表面發生不良反應，以及無法徹底清除所有金屬污染物，乾洗面臨許多挑戰。

這兩種技術在半導體製造中發揮互補作用，共同推動裝置小型化和高效能化。為製造過程的每個階段選擇合適的清洗方法，對於生產高品質的半導體裝置至關重要。

減少化學品用量和降低環境影響已成為半導體製造業面臨的關鍵挑戰。

為了應對這項挑戰，人們已經開發出多種創新策略。

• 採用閉環化學品回收系統：這使得製造商能夠在化學品一次性使用後進行再利用，從而減少浪費並提高資源利用效率。
• 引入新型RCA清洗技術：透過將傳統的SC-1和SC-2兩級清洗製程整合為一級清洗，顯著減少了化學品用量和廢液量。
• 開發減少有機廢水排放的技術：我們致力於透過引入新技術來減少對環境的影響，這些新技術旨在減少化學品用量並限制廢水排放。

這些策略有助於提高半導體製造流程的效率和可持續性，標誌著在整個產業實現碳中和方面邁出了重要一步。

半導體製造流程中清洗的目的以及各步驟所使用的清洗液類型對於確保產品品質和性能至關重要。

下表總結了主要製造流程中清洗的目的以及所使用的清洗液。

這些清洗過程能夠有效去除半導體晶圓表面的各種污染物，從而確保裝置的性能和可靠性。例如，RCA清洗是一個兩步驟工藝，用於去除有機物和金屬離子，它結合使用SC1和SC2兩種清潔劑，徹底清潔晶圓表面。

Piranha清洗憑藉其強氧化作用，能夠有效去除有機殘留物並使晶圓表面親水化；而CMP後清洗則使用專用漂洗劑去除拋光過程中產生的細小顆粒沉積物。

現代清洗技術旨在透過減少化學品用量並提高清洗效率來降低對環境的影響。例如，先進清洗劑的研發使得清洗次數減少，清洗流程簡化。

正確選擇和使用這些清洗製程和清潔劑是半導體製造中品質控制和良率提升的關鍵，也是生產尖端裝置的必要條件。

在半導體製造過程中，清洗液的妥善儲存對於確保清洗過程的效率和安全性至關重要。

下表總結了主要清洗液的儲存條件和注意事項。

溫度控制、通風和合適的容器對於清潔液的儲存至關重要。例如，SPM溶液由31.25立方厘米水、18.75立方厘米98%硫酸和50立方厘米35%過氧化氫混合而成，在適當的條件下可穩定儲存100天以上。

另一方面，RCA清潔液建議在使用前配製，並在惰性氣體保護槽中高溫短暫使用。

這些正確的儲存方法能夠最大限度地發揮清潔液的功效，並確保其安全性。

在半導體製造過程中，清洗液槽的液位監測對於確保高效安全的運作至關重要。

實施合適的監測系統可帶來許多益處，包括：

• 優化化學品使用：精確掌握儲槽液位可防止清洗液過度使用或短缺，確保資源高效利用。
• 提升安全性：降低儲槽溢流及洩漏風險，保障工人安全。
• 維持製程連續性：防止因清洗液短缺導致生產線停工，提高生產效率。
• 利用即時數據：遠端監控有助於更快地做出決策並進行預防性維護。

這些優勢對半導體製造的品質控制和減少環境影響大有裨益，有助於實現永續的生產流程。

在半導體製造過程中，各種類型的液位感測器用於管理清洗液槽。

這些感測器在精確測量液槽液位方面發揮關鍵作用，確保高效的清洗過程和安全的操作。

下表總結了主要的液位感測器類型、工作原理和特點。

這些感測器根據各自的特性應用於不同的應用場景。例如，超音波感測器是非接觸式的，可用於多種液體，因此非常適合監測高腐蝕性清洗液儲槽。

同時，光學感測器響應速度快，能夠有效監測特定點，例如檢測儲槽是滿的還是空的。

半導體產業正積極採取永續發展和環境保護措施。

主要策略包括：

• 減少溫室氣體排放：三星已開發可減少約 68 萬噸碳排放的產品，英偉達已計劃在 2023-2024 年將其再生能源使用率提高至 76%。
• 提高能源效率：在開發低功耗晶片和優化製造製程以降低能源消耗方面，我們正在取得進展。
• 水資源管理：英特爾的目標是到 2030 年達到淨正用水量。
• 減少廢棄物：英特爾致力於在 2030 年實現零廢棄物，並將在 2023 年後回收 94% 的廢棄物。
• 開發綠色製造技術：我們正在推廣使用低全球暖化潛勢 (GWP) 的原料，並引入減少氟化氣體排放的技術。

透過這些努力，半導體產業旨在實現永續成長，同時減少對環境的影響。