वेफर की सफाई के सिद्धांत, प्रक्रियाएं, विधियां और उपकरण

चित्र: बैच-प्रकार और एकल-वेफर सफाई के बीच तुलना

एक सामान्य वेफर सफाई प्रक्रिया में निम्नलिखित मुख्य चरण शामिल होते हैं:

1. पूर्व-सफाई (Pre-Clean)

प्री-क्लीनिंग का उद्देश्य वेफर की सतह से ढीले संदूषकों और बड़े कणों को हटाना है, जो आमतौर पर डीआयनीकृत जल (डीआई वाटर) से धोने और अल्ट्रासोनिक सफाई के माध्यम से किया जाता है। डीआयनीकृत जल प्रारंभ में वेफर की सतह से कणों और घुली हुई अशुद्धियों को हटा सकता है, जबकि अल्ट्रासोनिक सफाई कणों और वेफर की सतह के बीच के बंधन को तोड़ने के लिए कैविटेशन प्रभावों का उपयोग करती है, जिससे उन्हें हटाना आसान हो जाता है।

2. रासायनिक सफाई

रासायनिक सफाई वेफर सफाई प्रक्रिया के मुख्य चरणों में से एक है, जिसमें वेफर की सतह से कार्बनिक पदार्थों, धातु आयनों और ऑक्साइड को हटाने के लिए रासायनिक घोल का उपयोग किया जाता है।

कार्बनिक पदार्थों को हटाना: आमतौर पर, कार्बनिक संदूषकों को घोलने और ऑक्सीकृत करने के लिए एसीटोन या अमोनिया/पेरोक्साइड मिश्रण (SC-1) का उपयोग किया जाता है। SC-1 विलयन का सामान्य अनुपात NH₄OH होता है।

₂O₂

₂O = 1:1:5, लगभग 20°C के कार्यशील तापमान के साथ।

धातु आयन निष्कासन: वेफर की सतह से धातु आयनों को हटाने के लिए नाइट्रिक अम्ल या हाइड्रोक्लोरिक अम्ल/पेरोक्साइड मिश्रण (SC-2) का उपयोग किया जाता है। SC-2 विलयन का सामान्य अनुपात HCl होता है।

₂O₂

₂O = 1:1:6, जिसमें तापमान लगभग 80°C पर बनाए रखा जाता है।

ऑक्साइड निष्कासन: कुछ प्रक्रियाओं में, वेफर की सतह से मूल ऑक्साइड परत को हटाना आवश्यक होता है, जिसके लिए हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (HF) विलयन का उपयोग किया जाता है। HF विलयन का विशिष्ट अनुपात HF होता है।

₂O = 1:50, और इसे कमरे के तापमान पर इस्तेमाल किया जा सकता है।

3. अंतिम सफाई

रासायनिक सफाई के बाद, सतह पर किसी भी प्रकार के रासायनिक अवशेष न रह जाएं, यह सुनिश्चित करने के लिए वेफर्स की अंतिम सफाई की जाती है। अंतिम सफाई में मुख्य रूप से विआयनीकृत जल का उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, वेफर की सतह से बचे हुए किसी भी संदूषक को हटाने के लिए ओजोन जल सफाई (O₃/H₂O) का उपयोग किया जाता है।

4. सुखाना

साफ किए गए वेफर्स को जल्दी सुखाना जरूरी है ताकि उन पर पानी के निशान न पड़ें या गंदगी दोबारा न चिपक जाए। सुखाने के आम तरीकों में स्पिन ड्राइंग और नाइट्रोजन पर्जिंग शामिल हैं। स्पिन ड्राइंग में तेज गति से घुमाकर वेफर की सतह से नमी हटाई जाती है, जबकि नाइट्रोजन पर्जिंग में वेफर की सतह पर सूखी नाइट्रोजन गैस प्रवाहित करके उसे पूरी तरह सुखाया जाता है।

दूषित पदार्थों

सफाई प्रक्रिया का नाम

रासायनिक मिश्रण का विवरण

रसायन

कण	पिरान्हा (एसपीएम)	सल्फ्यूरिक एसिड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/डीआई जल	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	एससी-1 (एपीएम)	अमोनियम हाइड्रोक्साइड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/डीआई जल	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
धातुएँ (तांबा नहीं)	एससी-2 (एचपीएम)	हाइड्रोक्लोरिक अम्ल/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/डीआई जल	एचसीएल/एच2ओ2/एच2ओ1:1:6; 85°सी
	पिरान्हा (एसपीएम)	सल्फ्यूरिक एसिड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/डीआई जल	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C
	डीएचएफ	तनु हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल/डीआई जल (तांबा नहीं हटाएगा)	एचएफ/एच2ओ1:50
ऑर्गेनिक्स	पिरान्हा (एसपीएम)	सल्फ्यूरिक एसिड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/डीआई जल	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	एससी-1 (एपीएम)	अमोनियम हाइड्रोक्साइड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/डीआई जल	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	डीआईओ3	विआयनीकृत जल में ओजोन	O3/H2O अनुकूलित मिश्रण
देशी ऑक्साइड	डीएचएफ	तनु हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल/डीआई जल	एचएफ/एच2ओ 1:100
	बीएचएफ	बफर्ड हाइड्रोफ्लोरिक एसिड	NH4F/HF/H2O

3. वेफर की सफाई के सामान्य तरीके

1. आरसीए सफाई विधि

आरसीए सफाई विधि सेमीकंडक्टर उद्योग में सबसे पारंपरिक वेफर सफाई तकनीकों में से एक है, जिसे आरसीए कॉर्पोरेशन द्वारा 40 वर्ष से भी अधिक समय पहले विकसित किया गया था। इस विधि का मुख्य रूप से कार्बनिक संदूषकों और धातु आयन अशुद्धियों को हटाने के लिए उपयोग किया जाता है और इसे दो चरणों में पूरा किया जा सकता है: एससी-1 (स्टैंडर्ड क्लीन 1) और एससी-2 (स्टैंडर्ड क्लीन 2)।

SC-1 सफाई: इस चरण का मुख्य उद्देश्य कार्बनिक संदूषकों और कणों को हटाना है। इसमें अमोनिया, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और पानी का मिश्रण होता है, जो वेफर की सतह पर सिलिकॉन ऑक्साइड की एक पतली परत बनाता है।

SC-2 सफाई: इस चरण का मुख्य उद्देश्य हाइड्रोक्लोरिक एसिड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और पानी के मिश्रण का उपयोग करके धातु आयन संदूषकों को हटाना है। यह वेफर की सतह पर एक पतली निष्क्रिय परत छोड़ता है जो पुनः संदूषण को रोकती है।