गीली सफाई (वेट क्लीन) अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण चरणों में से एक है, जिसका उद्देश्य वेफर की सतह से विभिन्न संदूषकों को हटाना है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बाद की प्रक्रिया के चरण स्वच्छ सतह पर किए जा सकें।

जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर उपकरणों का आकार घटता जा रहा है और सटीकता की आवश्यकताएँ बढ़ती जा रही हैं, वेफर सफाई प्रक्रियाओं की तकनीकी माँगें लगातार सख्त होती जा रही हैं। वेफर सतह पर मौजूद सबसे छोटे कण, कार्बनिक पदार्थ, धातु आयन या ऑक्साइड अवशेष भी डिवाइस के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं, जिससे सेमीकंडक्टर उपकरणों की उपज और विश्वसनीयता प्रभावित होती है।
वेफर सफाई के मूल सिद्धांत
वेफर सफाई का मूल उद्देश्य भौतिक, रासायनिक और अन्य तरीकों के माध्यम से वेफर की सतह से विभिन्न संदूषकों को प्रभावी ढंग से हटाना है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वेफर की सतह आगामी प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त साफ हो।

संदूषण का प्रकार
डिवाइस विशेषताओं पर मुख्य प्रभाव
लेख संदूषण | पैटर्न दोष
आयन प्रत्यारोपण दोष
इंसुलेटिंग फिल्म टूटने के दोष
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धातु संदूषण | क्षार धातु | एमओएस ट्रांजिस्टर अस्थिरता
गेट ऑक्साइड फिल्म का टूटना/क्षरण
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हैवी मेटल्स | पीएन जंक्शन रिवर्स लीकेज करंट में वृद्धि
गेट ऑक्साइड फिल्म टूटने के दोष
अल्पसंख्यक वाहक का जीवनकाल क्षरण
ऑक्साइड उत्तेजना परत दोष पीढ़ी
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रासायनिक संदूषण | कार्बनिक पदार्थ | गेट ऑक्साइड फिल्म टूटने के दोष
सी.वी.डी. फिल्म विविधताएं (ऊष्मायन समय)
थर्मल ऑक्साइड फिल्म मोटाई भिन्नता (त्वरित ऑक्सीकरण)
धुंध की घटना (वेफर, लेंस, दर्पण, मास्क, रेटिकल)
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अकार्बनिक डोपेंट (बी, पी) | एमओएस ट्रांजिस्टर Vth शिफ्ट
Si सब्सट्रेट और उच्च प्रतिरोध पॉली-सिलिकॉन शीट प्रतिरोध भिन्नताएं
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अकार्बनिक क्षार (एमाइन, अमोनिया) एवं अम्ल (SOx) | रासायनिक रूप से प्रवर्धित प्रतिरोधों के संकल्प का ह्रास
नमक उत्पादन के कारण कण संदूषण और धुंध की घटना
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नमी, हवा के कारण स्थानीय और रासायनिक ऑक्साइड फिल्में | संपर्क प्रतिरोध में वृद्धि
गेट ऑक्साइड फिल्म का टूटना/क्षरण
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विशेष रूप से, वेफर सफाई प्रक्रिया के उद्देश्यों में शामिल हैं:
कण हटाना: वेफर सतह से चिपके छोटे कणों को हटाने के लिए भौतिक या रासायनिक तरीकों का उपयोग करना। छोटे कणों को हटाना अधिक कठिन होता है क्योंकि उनके और वेफर सतह के बीच मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक बल होते हैं, जिसके लिए विशेष उपचार की आवश्यकता होती है।
कार्बनिक पदार्थ हटाना: ग्रीस और फोटोरेसिस्ट अवशेष जैसे कार्बनिक संदूषक वेफर की सतह पर चिपक सकते हैं। इन संदूषकों को आमतौर पर मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों या सॉल्वैंट्स का उपयोग करके हटाया जाता है।
धातु आयन हटाना: वेफर सतह पर धातु आयन अवशेष विद्युत प्रदर्शन को ख़राब कर सकते हैं और बाद के प्रसंस्करण चरणों को भी प्रभावित कर सकते हैं। इसलिए, इन आयनों को हटाने के लिए विशिष्ट रासायनिक समाधानों का उपयोग किया जाता है।
ऑक्साइड हटाना: कुछ प्रक्रियाओं के लिए वेफर की सतह को ऑक्साइड परतों से मुक्त होना आवश्यक है, जैसे कि सिलिकॉन ऑक्साइड। ऐसे मामलों में, कुछ सफाई चरणों के दौरान प्राकृतिक ऑक्साइड परतों को हटाने की आवश्यकता होती है।
वेफर सफाई प्रौद्योगिकी की चुनौती वेफर की सतह को प्रतिकूल रूप से प्रभावित किए बिना, प्रदूषकों को कुशलतापूर्वक हटाने में निहित है, जैसे कि सतह को खुरदरा होने, जंग लगने या अन्य भौतिक क्षति को रोकना।
2. वेफर सफाई प्रक्रिया प्रवाह
वेफर सफाई प्रक्रिया में आमतौर पर कई चरण शामिल होते हैं ताकि दूषित पदार्थों को पूरी तरह से हटाया जा सके और पूरी तरह से साफ सतह प्राप्त की जा सके।

चित्र: बैच-टाइप और सिंगल-वेफर सफाई के बीच तुलना
एक सामान्य वेफर सफाई प्रक्रिया में निम्नलिखित मुख्य चरण शामिल हैं:
1. पूर्व-सफाई (प्री-क्लीन)
प्री-क्लीनिंग का उद्देश्य वेफर सतह से ढीले दूषित पदार्थों और बड़े कणों को हटाना है, जो आमतौर पर विआयनीकृत पानी (DI वॉटर) से धोने और अल्ट्रासोनिक सफाई के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। विआयनीकृत पानी शुरू में वेफर सतह से कणों और घुली हुई अशुद्धियों को हटा सकता है, जबकि अल्ट्रासोनिक सफाई कणों और वेफर सतह के बीच के बंधन को तोड़ने के लिए कैविटेशन प्रभाव 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 सतह से कार्बनिक पदार्थों, धातु आयनों और ऑक्साइड को हटाने के लिए रासायनिक घोल का उपयोग किया जाता है।
कार्बनिक पदार्थ हटाना: आम तौर पर, एसीटोन या अमोनिया/पेरोक्साइड मिश्रण (SC-1) का उपयोग कार्बनिक संदूषकों को घोलने और ऑक्सीकरण करने के लिए किया जाता है। SC-1 घोल के लिए सामान्य अनुपात NH₄OH है
₂O₂
₂O = 1:1:5, कार्य तापमान लगभग 20°C.
धातु आयन हटाना: वेफर सतह से धातु आयनों को हटाने के लिए नाइट्रिक एसिड या हाइड्रोक्लोरिक एसिड/पेरोक्साइड मिश्रण (SC-2) का उपयोग किया जाता है। SC-2 घोल के लिए सामान्य अनुपात HCl है
₂O₂
₂O = 1:1:6, तापमान लगभग 80°C पर बनाए रखा जाता है।
ऑक्साइड हटाना: कुछ प्रक्रियाओं में, वेफर सतह से मूल ऑक्साइड परत को हटाने की आवश्यकता होती है, जिसके लिए हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (HF) घोल का उपयोग किया जाता है। HF घोल के लिए सामान्य अनुपात HF है
₂O = 1:50, और इसका उपयोग कमरे के तापमान पर किया जा सकता है।
3. अंतिम सफाई
रासायनिक सफाई के बाद, वेफ़र्स को आम तौर पर अंतिम सफाई चरण से गुजरना पड़ता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सतह पर कोई रासायनिक अवशेष न बचे। अंतिम सफाई में मुख्य रूप से पूरी तरह से धोने के लिए विआयनीकृत पानी का उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, वेफ़र की सतह से किसी भी शेष दूषित पदार्थ को हटाने के लिए ओजोन जल सफाई (O₃/H₂O) का उपयोग किया जाता है।
4. सुखाना
साफ किए गए वेफ़र को जल्दी से सुखाया जाना चाहिए ताकि वॉटरमार्क या दूषित पदार्थों को फिर से जुड़ने से रोका जा सके। सुखाने के सामान्य तरीकों में स्पिन ड्राइंग और नाइट्रोजन पर्जिंग शामिल हैं। पहले तरीके में उच्च गति पर स्पिन करके वेफ़र की सतह से नमी हटाई जाती है, जबकि दूसरे तरीके में वेफ़र की सतह पर सूखी नाइट्रोजन गैस उड़ाकर पूरी तरह से सुखाया जाता है।
दूषित पदार्थों
सफाई प्रक्रिया का नाम
रासायनिक मिश्रण विवरण
रसायन
कण | पिरान्हा (एसपीएम) | सल्फ्यूरिक एसिड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/DI पानी | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
एससी-1 (एपीएम) | अमोनियम हाइड्रॉक्साइड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/DI जल | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
धातुएं (तांबा नहीं) | एससी-2 (एचपीएम) | हाइड्रोक्लोरिक एसिड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/DI पानी | एचसीएल/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
पिरान्हा (एसपीएम) | सल्फ्यूरिक एसिड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/DI पानी | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
डीएचएफ | पतला हाइड्रोफ्लोरिक एसिड/DI पानी (तांबा नहीं हटाएगा) | एचएफ/H2O1:50 | |
ऑर्गेनिक्स | पिरान्हा (एसपीएम) | सल्फ्यूरिक एसिड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/DI पानी | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
एससी-1 (एपीएम) | अमोनियम हाइड्रॉक्साइड/हाइड्रोजन पेरोक्साइड/DI जल | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
डीआईओ3 | विआयनीकृत जल में ओजोन | O3/H2O अनुकूलित मिश्रण | |
देशी ऑक्साइड | डीएचएफ | पतला हाइड्रोफ्लोरिक एसिड/DI पानी | एचएफ/एच2ओ 1:100 |
बीएचएफ | बफर्ड हाइड्रोफ्लोरिक एसिड | एनएच4एफ/एचएफ/एच2ओ |
3. वेफर की सफाई के सामान्य तरीके
1. आरसीए सफाई विधि
आरसीए सफाई विधि सेमीकंडक्टर उद्योग में सबसे क्लासिक वेफर सफाई तकनीकों में से एक है, जिसे आरसीए कॉर्पोरेशन द्वारा 40 साल पहले विकसित किया गया था। इस विधि का उपयोग मुख्य रूप से कार्बनिक संदूषकों और धातु आयन अशुद्धियों को हटाने के लिए किया जाता है और इसे दो चरणों में पूरा किया जा सकता है: एससी-1 (मानक सफाई 1) और एससी-2 (मानक सफाई 2)।
एससी-1 सफाई: इस चरण का उपयोग मुख्य रूप से कार्बनिक संदूषकों और कणों को हटाने के लिए किया जाता है। समाधान अमोनिया, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और पानी का मिश्रण है, जो वेफर सतह पर एक पतली सिलिकॉन ऑक्साइड परत बनाता है।
एससी-2 सफाई: इस चरण का उपयोग मुख्य रूप से हाइड्रोक्लोरिक एसिड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और पानी के मिश्रण का उपयोग करके धातु आयन संदूषकों को हटाने के लिए किया जाता है। यह पुनः संदूषण को रोकने के लिए वेफर सतह पर एक पतली निष्क्रियता परत छोड़ देता है।

2. पिरान्हा सफाई विधि (पिरान्हा एच क्लीन)
पिरान्हा सफाई विधि कार्बनिक पदार्थों को हटाने के लिए एक अत्यधिक प्रभावी तकनीक है, जिसमें सल्फ्यूरिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड का मिश्रण इस्तेमाल किया जाता है, आमतौर पर 3:1 या 4:1 के अनुपात में। इस घोल के बेहद मजबूत ऑक्सीडेटिव गुणों के कारण, यह बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ और जिद्दी संदूषकों को हटा सकता है। इस विधि में वेफर को नुकसान पहुंचाने से बचने के लिए विशेष रूप से तापमान और सांद्रता के मामले में स्थितियों पर सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

अल्ट्रासोनिक सफाई में वेफर सतह से दूषित पदार्थों को हटाने के लिए तरल में उच्च आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगों द्वारा उत्पन्न कैविटेशन प्रभाव का उपयोग किया जाता है। पारंपरिक अल्ट्रासोनिक सफाई की तुलना में, मेगासोनिक सफाई उच्च आवृत्ति पर संचालित होती है, जिससे वेफर सतह को नुकसान पहुँचाए बिना उप-माइक्रोन आकार के कणों को अधिक कुशलता से हटाया जा सकता है।

4. ओजोन सफाई
ओजोन सफाई तकनीक ओजोन के मजबूत ऑक्सीकरण गुणों का उपयोग करके वेफर सतह से कार्बनिक संदूषकों को विघटित और हटाती है, अंततः उन्हें हानिरहित कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में परिवर्तित करती है। इस विधि में महंगे रासायनिक अभिकर्मकों के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है और इससे पर्यावरण प्रदूषण कम होता है, जिससे यह वेफर सफाई के क्षेत्र में एक उभरती हुई तकनीक बन जाती है।

4. वेफर सफाई प्रक्रिया उपकरण
वेफर सफाई प्रक्रियाओं की दक्षता और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, सेमीकंडक्टर विनिर्माण में विभिन्न प्रकार के उन्नत सफाई उपकरणों का उपयोग किया जाता है। मुख्य प्रकार में शामिल हैं:
1. गीला सफाई उपकरण
गीले सफाई उपकरणों में विभिन्न विसर्जन टैंक, अल्ट्रासोनिक सफाई टैंक और स्पिन ड्रायर शामिल हैं। ये उपकरण वेफर सतह से दूषित पदार्थों को हटाने के लिए यांत्रिक बलों और रासायनिक अभिकर्मकों को जोड़ते हैं। रासायनिक समाधानों की स्थिरता और प्रभावशीलता सुनिश्चित करने के लिए विसर्जन टैंक आमतौर पर तापमान नियंत्रण प्रणालियों से सुसज्जित होते हैं।
2. ड्राई क्लीनिंग उपकरण
ड्राई क्लीनिंग उपकरण में मुख्य रूप से प्लाज़्मा क्लीनर शामिल हैं, जो वेफर सतह से अवशेषों को हटाने और उनसे प्रतिक्रिया करने के लिए प्लाज़्मा में उच्च-ऊर्जा कणों का उपयोग करते हैं। प्लाज़्मा सफाई विशेष रूप से उन प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है जिनमें रासायनिक अवशेषों को शामिल किए बिना सतह की अखंडता को बनाए रखने की आवश्यकता होती है।
3. स्वचालित सफाई प्रणालियाँ
सेमीकंडक्टर उत्पादन के निरंतर विस्तार के साथ, स्वचालित सफाई प्रणालियाँ बड़े पैमाने पर वेफ़र की सफाई के लिए पसंदीदा विकल्प बन गई हैं। इन प्रणालियों में अक्सर स्वचालित स्थानांतरण तंत्र, बहु-टैंक सफाई प्रणालियाँ और सटीक नियंत्रण प्रणालियाँ शामिल होती हैं ताकि प्रत्येक वेफ़र के लिए लगातार सफाई परिणाम सुनिश्चित किए जा सकें।
5. भविष्य के रुझान
जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर डिवाइस सिकुड़ते जा रहे हैं, वेफर सफाई तकनीक अधिक कुशल और पर्यावरण के अनुकूल समाधानों की ओर विकसित हो रही है। भविष्य की सफाई तकनीकें निम्नलिखित पर ध्यान केंद्रित करेंगी:
उप-नैनोमीटर कण हटाना: मौजूदा सफाई प्रौद्योगिकियां नैनोमीटर पैमाने के कणों को संभाल सकती हैं, लेकिन उपकरण के आकार में और कमी के साथ, उप-नैनोमीटर कणों को हटाना एक नई चुनौती बन जाएगा।
हरित एवं पर्यावरण अनुकूल सफाई: पर्यावरण के लिए हानिकारक रसायनों के उपयोग को कम करना तथा ओजोन सफाई और मेगासोनिक सफाई जैसे अधिक पर्यावरण अनुकूल सफाई तरीकों को विकसित करना, तेजी से महत्वपूर्ण हो जाएगा।
स्वचालन और बुद्धिमत्ता का उच्चतर स्तर: बुद्धिमान प्रणालियां सफाई प्रक्रिया के दौरान विभिन्न मापदंडों की वास्तविक समय पर निगरानी और समायोजन को सक्षम करेंगी, जिससे सफाई की प्रभावशीलता और उत्पादन दक्षता में और सुधार होगा।
सेमीकंडक्टर निर्माण में एक महत्वपूर्ण कदम के रूप में वेफर सफाई तकनीक, बाद की प्रक्रियाओं के लिए स्वच्छ वेफर सतहों को सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। विभिन्न सफाई विधियों का संयोजन प्रभावी रूप से दूषित पदार्थों को हटाता है, जिससे अगले चरणों के लिए एक साफ सब्सट्रेट सतह मिलती है। जैसे-जैसे तकनीक आगे बढ़ेगी, सेमीकंडक्टर निर्माण में उच्च परिशुद्धता और कम दोष दर की मांगों को पूरा करने के लिए सफाई प्रक्रियाओं को अनुकूलित करना जारी रहेगा।
पोस्ट करने का समय: अक्टूबर-08-2024