单晶圆兆声清洗技术研究及兆声喷头方案优化

图 ２尖 嘴 式 兆 声 在 晶 圆上 能 量 分 布
短时间兆商 箭骺 能 旱分 ＝
长时间兆声清洗后能量分布
去 并进入 到清 洗 液 中 。 声波清 洗 抛光 片可 去掉 晶 兆
片 表 面上 小 于 ０２ ｍ 的 粒 予， 到 超 声 波 起 不 到 ． 起 的 作用 。 种 方法 能 同时起 到机 械擦 片 和化 学清 洗 这 两种 方法 的 作用 【 ４ ＿ 。 方案一： 将尖 嘴 式 喷头 换成 石 英材 质 的半 面 喷 头 ， 图 ３所 示 ， 样 在 喷头 底 平 面 与品 圆之 间形 如 这 成 层水 层 ， 声清 洗 的 面加 大 。兆 声波 从 换 能器 兆
１ 单 晶 圆 兆 声 清 洗 技 术 的必 要 性
１１单 晶 圆清 洗技 术 的 必 要性 ．
随着 ３ ０ｍｍ 圆 片和 ９ ｍ 工 艺 时期 的到 来 ， ０ ０ｎ
传 统 的批 处 理 清 洗 技 术 在 诸 多工 艺 因 素 的 驱 动 下
已难 以适 应 湿 法清 洗 ， 备 工 艺过 程 中需要 引入 新 制
（ｈ ５ ｓａｃ ｓｔｔ ｏ Ｃ Ｔ ， ｅ ｉｇ１ １０ ，ｈｎ ） Ｔ ｅ ｔ Ｒｅｅｒ Ｉ ｔ ｅ ｆ Ｅ Ｃ Ｂ ｉｎ ０ ６ １ ｉａ ４ｈ ｈｎ ｉ ｕ ｊ Ｃ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｈ ｏｒ ｆｓｎｇｅ ｗａ ｅ ｅ ａ ｏ ｃｃ ｅ ｎｉ ｓ ｄ ｏ ｈｅ ｔ ｅ ｙ ｏ ｉ ｌ— ｆ ｒｍ ｇ ｓ ｎｉ ｌ ａ ｎｇ， ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｙ ｉｅ ，ａ ｄ ａ ｍ— ｍｅ ｓ ｒ ｓａ ｅ ａ ｌ ｓｓ ｄ ｎ ｎ ｉ ｐ ｏ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ｎｄ ｃ ｔ ｄ． ｒ ｖ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｓｉ ｉ ａｅ
３ 提 高 兆声 清 洗 均 匀 性 的 方 案 及可 行 性 论 证
２ 存 在 的 问题 分 析
一
中发 射 出 ， 过 兆卢 喷 头 内的水 层 ， 经 再经 过石 英层 ， 般 的 单 晶 圆兆 声 清 洗 方 式 都 是 采 用 尖 嘴 形
到达 喷 头ｌ 与 晶圆之 间 的水层 。 平面 但 是 由于石 英 的密 度 大 于水 的密 度 ， 以大部 所 分 的 兆 声波 被 喷 头 内部 兆 声 头 平 面 反射 回兆 声换
型 的清洗 工 艺 ， 以确 保 Ｉ Ｃ规 格 、 能指 标及 可 靠 性 性 不 因污染 影 响而 下 降 。此 外 ， 法 批 处 理技 术 也 无 湿 法 满足 快 速 热处 理 工 艺和 Ｃ Ｄ 技术 。 于 此 ， Ｖ 基 驱使
也还处 于槽 式批 量清 洗阶 段 ，所 以国 内对 于单 晶 圆 的兆声 清洗 技术还 是 少有研 究 。
（） 嘴 式 兆 声 喷 头 ａ尖
（） 进 后 的兆 声 喷 头 ｂ改
图 ３尖嘴 式 兆 声 喷 头 的 尖嘴 改 成 平 嘴 示 意 图
晶圆 一
图 ６尖 嘴 式 兆 声 倾 斜 清 洗 示 意 图
ＤＩ 水
品
图 ４ 压 电 陶 瓷 直接 粘 贴在 石 英振 板 表 面 示 意 图
成 熟 的 清 洗 工 艺 ， 本 多 电 子 、Ｒ Ｂ ＡＮＳ Ｎ、 Ｏ Ｓ ＮＯＳ 、 Ｒ ＹＳ等 超声 生产 厂 商也 都有 针对 单 Ｏ ＹＳ Ｐ ＯＳ 晶 圆清 洗 的兆声 喷头 产 品。但 是 由于 国 内单 晶 圆清 洗 技术 还 处在起 步阶 段 ，对 于 晶 圆的兆 声清洗 技 术
１２ 兆 声 清 洗 的 原 理 ．
兆 声波 清 洗 技 术【 １ 但保 存 了超 声 波 清 洗 的 ２不 ＿ 优 点， 月克服 了它 的不足 。兆 声波清 洗 的机 理 是 而 Ｊ
由高 ￣（５ Ｈ ） 振 效应 并 结合 化 学 清 洗 剂 的化 ８ ｏｋ ｚ频
学 反应对 晶 圆片进 行 清洗 。 在清 洗 时 由换 能 器发 出 波长 为 １ ｍ 频 率 为 ０８ＭＨ ． ５ ． ｚ的高 能声 波 。溶 液 分 子在 这 种 声波 的推 动 下 做 加速 运 动 ， 大 瞬 时速 最 度 可达 到 ３ ｍ／。 因此 形成 不 了超 声 波 清洗 那 样 ０ｃ ｓ 的气 泡 ， 只 能 以高速 的流 体 波连 续 冲击 晶片表 面 ， 而 使 抛 光 片表 面 附着 的 污 染物 和 细 小微 粒 被 强 制 除
［］ 赵 权 ． 导 体 单 晶抛 光 片 清 洗 工 艺 分 析 『］ 导 体 技 术 ， ２ 半 Ｊ． 半
２ ０ ．２１ ）１４ 一Ｏ １ ０ ７３ （２：０ ９ｌ ５ ．
能 够做 的较 大 ， 是 蓝 宝 石 材 料 昂贵 ， 但 同时 也 使 得
摘 要 ： 于单 晶圆兆 声清 洗的 原理 ， 基 分析 了针 对单 晶 圆兆声 清洗 的 多种 方案 的优 缺 点 ， 出 了适 提
合单 晶 圆兆 声清 洗的优 化 方案 。
关键 词 ： 晶 圆；兆 声；清 洗 单
中 图 分 类 号 ： Ｈ１２ Ｔ ３ 文献标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： ０ ４４ ０ （０ １Ｏ －０ ５０ １ ０ —５ ７ ２ １ ） １ １—３ ０
・
・
减 少薄膜 材 料 的损 失 ； 化 学机械 抛 光 （ ＭＰ 后 的刷洗 技 术 ； Ｃ ）
适用 于 多 品种 、 小批 最 的产 品 。
・
・
为 了满足 ＿ 述要 求 ， 圆 片清 洗技 术 得 到 了半 卜 单 导 体业 界更 多 的认 同 ， 目前 众 多 的 晶圆代 、 ｒ 超 大 规 模 集 成 电路 （ ｓ） Ｕ Ｓ 制 造 业 都逐 步 倾 ＶＬ Ｉ和 Ｌ Ｉ 向于 引进 单 圆片湿 法清 洗 技术 ， 降低批 处 理清 洗 以 中交叉 污染 的风 险 。
降低 大商径 圆片批 处理 中成 品率损 失的风 险； 批 处理 ： 中圆片传 递 的交 叉污 染 ； Ｌ艺 圆片 的背面 、 面和 边缘 清洗 的要求 ； 斜
・
的能量主要 集 中于喷嘴 处 ，所 以尖嘴 式兆 声喷 头对 晶圆片能量 相 当于 一 点作用 。虽然 晶圆旋 转 的同 时 喷头 做扫描运 动在足 够长 的时 间里可 以将 整个 晶 圆 片覆 盖 ， 但会 出现如 图 ２所 示 的效果 。 间较短 时如 时 图 ２ ａ所 示 ， （） 随着 时 间 的延长 ， 量 扫 略过 的 的区 能 域如 图 ２ ｂ 所示 。即应用尖 嘴式兆 声会 现在 晶圆 （） 片上 能量分布 不均 的情况 ， 的区域被 重复清 洗 ， 有 而 有 的区域却 没有被清 洗到 。如 果要所 有 的区域 都被 清洗 干净 ，就必须 大幅度 的延 长清洗 时 间，影 响效 率 。并 日有研 究ｌ ． ５ ｌ 明， 已表 过度 的清 洗会造 成 晶圆片 的损伤 。因此必须提 高兆 声清洗 的均 匀性 。
Ｋ ｅ ｗｏｒ ：Ｓ ｎｇ ｅ ｗａ ｅ ； Ｍ ｅ ａ ｏ ｉ ； Ｃｌａ ｉ ｇ ｙ ｄｓ ｉ ｌ－ ｆ ｒ ｇ ｓ ｎｃ ｅ ｎｎ
目前 ，在 国外 单 晶圆兆 声清洗 技 术 己得到 了较 深入 的研 究＿ １ ］ 设 备 中 己广泛 应用 。Ｓ Ｅ 并在 Ｓ Ｃ公 司等 单 晶圆设 备制造 商都 有 自己专 利 的兆 声喷头 和 比较
Ｓ ｕ ｆＳｉ ｌ －ｗａ ｅ ｅ ａ ｏ ｃ Ｃｌａ ｎｇ ａ ｔ ｄｙ ｏ ｎｇ ｅ ｆ ｒ Ｍ ｇ ｓ ｎｉ ｅ ｎｉ ｎｄ Ｏｐｔｍ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｚ ｔｏ ｆ Ｍ ｅ ａ ｏ ｉ ｚ ｌ ｇ ｓ ｎ ｃ Ｎｏ ｚｅ
Ｌｕ ｎｊ ． Ｕ Ｊ ｎ ｅ Ｆ ＮＧ Ｘｉｏ ｉ ｇ Ｉ Ｙｏ ｇｉ Ｄ ｉ ｋ ， Ｅ ａ ｑａ ｎ ａ ｎ
收 稿 日期 ： ０ ０ １ － ２ １ — １０ｌ
清洗 技 术 与设wenku.baidu.com备
清 洗设 备 向单 片式 发展 的主 要 因素仃 ：
・
电 子 工 业 董 用 设 备
－
由于尖嘴式兆声喷头尖嘴直径一般只有 ２ ４ｍｍ， ～
相对 于 晶圆片可 以看做 一个 点 ， 且尖 嘴式 兆 声喷头
４ 结 论
本文 指 出了 晶圆兆声清 洗 的优 势 ， 基于兆 声清 洗 的原理 ， 分析 了尖嘴式兆卢 喷头的缺点 ， 出了针对 提 单 晶圆兆声清洗 的多种 改进方案 ，并分 别进 行 了可行 性论证 ， 最后提 出 了适 合单晶圆兆声清洗的优化方案。
参 考文 献 ：
［ ］ Ｍ ． Ｃ ｌ ｙ Ｍ ． ． ｏ ｒ ｕ ｚ Ｊ Ａｌｏ ３ ａ ｄＥ Ｋ． １ Ｊ ａａ ， Ｃ Ｒ ｄ ｉ ｅ ， ． ． ｗａ ｇ Ｈ＿ ｌ ｎ ， ｎ ． ｔ
示） 兆 声能 量覆 盖 的晶 圆面 积 增 大 。Ｄ 水 由喷头 ， Ｉ
图 １单 晶 圆兆 声 清 洗 原 理 图
侧面 射 向喷头 底 部 。
－
电 子 工 业 董 用 设 备
清 洗 技 术 与设 备
ＤＩ 入 水
源 线 及 冷 管 路
晶 圆 ｌ
图 ５圆盘 式 兆 声 喷 头 示 意 图
裂， 并且在 兆 声作用 下 ， 石英层 会 不断有 微 小 的石 英 颗粒 剥落 ， 晶圆造 成 ＿次污 染 。 时， 对 ＿ 二 同 由于 ＤＩ 是 水 从喷头 侧面 注入 ，兆 声振 板与 晶圆之 间水膜 形成 效 果 不理 想 ， 经常夹 杂有 气泡 ， 响清洗 效 果 。 影 方 案三 ： 果取 第 一 种 方案 的水 膜 形成 优 势 和 如 第 二 中方 案 的兆 声 能量 的大 面积 覆 盖 ， 则形 成 了 图 ５所 示 的 方案 。 同时 参 考 Ｐｏｙ 兆 声 ， 声 头 底 面 ｒｓｓ 兆 材料 采 用蓝 宝 石 。 蓝宝 石 坚硬 的优 点使 得兆 声 能量
能器 有较 大 的损 害 。
｜ｌ
Ｉ 、
摆 留
方案 二 ：将 兆 声振 子 直接 粘贴 ｆ 石英 上 平 面 ，
即去 掉 兆声 振 予 与喷 头 问的水 层 ， 除低 密 度 面到 消
。 ｊ （
～ 晶 圆旋 转
高 密 度 面造 成 的 对 兆 声 波 的 反 射 作用 （ 图 ４所 如
ｇ ｎ ｓ ｌ ａ ｕｅｗ ｔ ｇ ｓ ｎｃ ａｅ ｉ ｅｎ ｒ ］ ｅ ｅ ｉｕｔ — ｒ ａｅ ｍｅ ａｏ ｉ ｗ ｆｒ ｐｎｃ ａ ｅ［ ． ｓ ｒｐ ｒ ｓ ｌ Ｃ
４ ｈ Ｌｕ ｒａ ｄＰｌ ｎ ｔｒ ｃｉｎ ｅＣｏ ｅ ｅ ｃ ， ０ ０ｔ ｎａ ｎ ａ ｅ ａｙ Ｓ ｅ ｃ ｎｆ ｒ ｎ ｅ ２０ ９，１ ３． ８ １
Ｓ ａ ｂｅｙ． ｅ ｏ ａ ｉ ａ ｉｇ ｓ ａ ｉ ａ ｐ ｅ ｉ ｔ ｅ ｔｎｓ ｒ Ｄ ｃ ｎｔｍ ｎ ｔｎ ｏｌｒｗ ｎｄ ｓ ｍ ｌ ｓｗ ｔ ｈ ｈ
但是， 由于石英 的易碎特 性 ， 这种 形式 的兆声 喷
头 无法做 到大 功率 ，否 则 高能兆 声波会 将 石英 层 振
能 器 ， 样 不 但达 小 到预 期 的 清 洗 效 果 ， 且 对 换 这 而
兆 声 喷 头
，
兆 声 喷 头 ， 晶 圆 旋转 的 同时 ， 声 喷头 做 扫 瞄 运 在 兆 动 ， 到对 整个 晶 圆清洗 的效 果 ， 图 １ 达 如 所示 。
。， 、 ： ，
ｒ
扫 描运 动
。
－
电 子 工 业 苣 用 设 备
｜ ｎ ｒＥ ｅ ｔ伽 Ｐ ｐ ｍｅ ｔ ｏ ｌ ｒ ｆ ｃ 】 蝴 ｈｍ如 ｃ ｌ ｌ ｌ
清 洗 技 术 与 设 备
单 晶 圆兆 声清 洗技 术研 究
及兆 声 喷头 方案优 化
刘 永 进 ， 建 科 ，冯小 强 杜
ｆ 国 电 子 科 技 集 团公 司 第 四十 五 研 究 所 ， 京 １ １０ ） 中 北 ０６ １