物理清洗技术详解

物理清洗（physical cleaning technology）主要是以物理原理作用来清洗晶片，而不使用任何化学品来处理清洗。这种清洗技术主要是去除微粒的污染，最常用的清洗方法是以刷洗（scrubbing）、超声波振荡（megasonic）、高压喷洗（jet spray）及高压气体喷洗（aerosol）、将附着于晶片表面的微粒去除干净，减少因微粒污染所造成的缺陷（defects），而影响良率及元件的品质及信赖度。目前依据以上物理作用所设计的清洗机台有两种，一种为刷洗机（scrubber）另一种为冷冻喷洗机（cryogenic aerosol cleaner）。物理清洗技术，主要应用在去除因工艺所诱发的微粒污染，如刻蚀、离子植入、化学气相淀积（CVD），或物理气相淀积（PVD）后，微粒附着在晶片表面，这种刷洗，非常有效地去除附着在晶片表面的微粒。

1.刷洗机

洗刷机（scrubber）的设计主要是利用特殊有弹性、低污染的特氟龙刷（sponage teflon brush）在高速旋转的晶片来回刷洗，同是时DI纯水洗濯晶片表面并净微粒冲洗干净，刷洗程式（recipe）可设定为单面或双面刷洗（one-sided or doubble-sided scrubbing）。图9-72为日本TEL公司所制作SS-2型的刷洗机（SS-2 scryubber system）。这种机台有多功能的设计，为了提高微粒去除效果，有三种选择可配合刷洗程式如下：

①自动刷洗（auto bush scrubber）；

②高压刷洗（jet scrub）；

③超声波刷洗（megasonic scrub）。

图9-73为刷洗头的结构，左臂装设有自转的刷子在晶片表面来回刷洗，右臂装有高压喷射系统（jet system）或超声波清洗器（megasonic cleaner）借助高压喷射系统或超声波振荡能量，将附着较为紧密强韧的微粒去除。机械传输手臂将晶片由左加的卡式晶舟（cassette），传送至如槽式形状结构经由真空吸盘（vacuum chuck），固定在刷洗槽内，晶片转盘左右臂交互刷洗晶片表面或背面，或依设定的程式自动刷洗，同时DI纯水经由洗濯喷嘴（rinse nozzle）喷洗晶片表背双面后，最后高速旋干，再将晶片传送到输出端（output stage）的卡式晶舟，整个刷洗过程即算完成。

图9-72　TEL公司SS-2型刷洗机外观

图9-73　SS-2刷洗机刷洗系统结构

刷洗机对微粒去除效果与刷洗系统机械结构有很大的影响，图9-74为美国SSEC公司，所设计刷洗系统的结构，而且刷洗用的刷子（brush）的材料结构形状，也是影响微粒去除效果的因素之一，图9-75为美国（Thomas West）公司所设计制作的各种刷子（brushes），以应用在不同的用途刷洗机在ULSI工艺上，晶片经由刷洗，去除晶片表面及背面的微粒污染，对工艺上有很多优点，以下提供作为参考：

①提升产品合格率；

②降低散焦（disfocus）不合格率；(www.xing528.com)

③提高秤线洁净度（line cleaniness）；

④防止微粒再淀积；

图9-74　SSEC公司所制作刷洗系统的结构

图9-75　美国Thomas West公司制作的不同用途的刷子

图9-76　FSI公司制作冷冻喷雾机外观（aires cryogenic aerisiol processor）

⑤纯水刷洗无化学反应的影响。

2.冷冻喷雾清洗机

冷冻喷洗技术（cryogenic aerosol cleaner），是将惰性气体（inert gas），主要是氩气（argon）低温冷冻后喷射出来，由于膨胀吸热反应形成固态氩气粒子（solid argon particle），经由与氮气（N2）混合比以控制氩气微粒的大小，喷洗晶片表面，高速氩气粒子撞击，附着在晶片表面的微粒去除干净。图9-76为美国FSI公司制作的aires cryogenic aerosol processor的机台外观图，图9-77为冷冻喷雾清洗流程结构图。

图9-77　FSI冷冻喷雾清洗流程结构

这种冷冻喷雾清洗技术，主要应用于反应离子刻蚀（reactive ion etch，简称RIE）后，所诱发残留微粒、杂质的去除效果非常良好。尤其以金属连线刻蚀后，铝金属侧壁所残留的聚合物（polymer）、金属线，或金属屑，及侧壁聚合物吸附了很多刻蚀气体残留的氯气或氯化物（chlorides），有机溶剂很难去除干净而造成金属桥接短路及残留氯化物水解，而造成金属腐蚀等不良缺陷影响产品成品率、品质及信赖度。使用冷冻喷雾的物理清洁技术，非常有效地清除这些残留的污染不纯物高速冷冻氩气粒子喷射晶面，具有很高动能及动量，撞击附着在晶片表面造成的破坏。并且由于热效应的结果，不同材质的热膨胀差异，而使附着在侧壁上的残留物剥落脱离表面，而被清除干净，减少金属腐蚀的缺陷，提升产品的工艺成品率。冷冻喷雾清洗可应用于任何刻蚀工艺后的清洗，如多晶栅氧刻蚀、氧化刻蚀、接触窗及连络窗刻蚀后清洗，能非常有效地去除刻蚀后残留下来的有机及无机副产品及不纯物，避免在等待清洗前或下一步骤工艺时，抑制化学变化，而使刻蚀后之图案及线路更清晰、洁净以提升产品的成品率。