清洗喷嘴与半导体洗净技术的现状与展望

自从次世代高速通信网路数位家电等新市场成为市场的新主角后,从世界性的角度来看,我们可以发现半导体市场又开始继续成长。在这当中,半导体的高密度化正急速发展,清洗技术也随之变得更重要。
首先,请问在目前半导体清洗工程上,有哪些重要课题?
半导体工厂及液晶工厂需要非常大量的水。所以建厂位置常被局限于能取得丰富水源的地方,这是产业发展上一个重大的瓶颈。因此,如果不能使用少量的水达到清洗目的的话,就不能说是做到真的技术革新。从这一点来看,我们必须要再检讨现今的清洗技术。
理由很简单,水的使用量实在太多,清洗的原则是用清洗液将目的物表面的污染物除去时,怎样将已经使用过的清洗液早些从表面移除。现在尤其是大型玻璃基板,因为是使用水流过基板的全表面,因此污染物会再附着到基板上,清洗效率并不好。为了提高清洗效率,只好使用更大量的水来达到目的。因此,在我们这里,尝试用新的方法以目前的超纯水使用量的十分之一来清洗。具体来说,就是同时将清洗液喷出并吸干的清洗法。用这方法,清洗效果不但好,而且设备变小,水的使用量也可以变成原来的十分之一。尤其是对大型基板及液晶的清洗特别有效。
另外在硅晶圆的清洗上亦可应用,虽然大小不过是300mm 而已,但是由於其形状为圆形,所以不容易有效率地清洗。可以的话,将圆型的硅晶圆边迴转,用比半径稍长的液流来清洗。可是这方法也得耗费许多水,因此这是我们目前急须解决的问题之一。
清洗主要是用超纯水为主体吗?
没错,主体是超纯水。以前大量使用硫酸及双氧水等高浓度的药品来清洗。但是我认为不应该为了除去基板表面的一点点污染物而使用药品。现在,半导体界几乎已经没有人用硫酸掺水来作清洗过程了。现在,一般使用的清洗液通常是水中加入5ppm 的离子气及数ppm 的二氧化碳作成。虽然是超纯水,但是氧化还原电位很高,不只是有机物,金属污染物也能去除。
另外,在污染物清洗上有名的阿摩尼亚过氧化氢清洗,也不需要高浓度的药品。将水中的氮及氧气去除后,加入1.5ppm 的氢及1~2ppm的阿摩尼亚瓦斯,就可以有很好的清洗效果。
清洗力和压力间的关系该怎麼看?
当然,如果只看清洗效果的话,压力越高,效果越好。但是实际上,基板上面刻有微细的电路,压力过高的话,电路就会被破坏掉。就算是加压的话,晶圆全面大概最多2-3atom。没有刻上电路的基板及设备的反面清洗的话,可以稍微提高温度加入离子气,使用约30kgf/cm2的压力就够了。
当基板的密度逐渐增高,多层化之后,就不能使用高压清洗。所以在比较低的压力下,能够提供均匀的液流,或者是在低压下能以固定的液滴来喷雾的喷嘴就变得很重要了。
今后,化学清洗越来越进步时,喷嘴的重要性是否会改变?
喷嘴的必要性是永远的。比方说,用浸渍法将药品放入容器中,将基板取出时,上端及下端的蚀刻深度就会不同。这种情况在基板越大时越明显,所以使用可将很薄的液膜平均且快速的通过基板表面的喷嘴就很重要。
除了清洗,蚀刻以外,我们注目的是光阻涂佈及薄膜的部分。事实上半导体及液晶工程中需要的薄膜还没能用喷嘴做到。但是这个技术正在逐步完成当中,这将会成为一项重要战略技术。我们也还在找寻喷嘴在各方面上的更多应用。
最后,您对半导体技术今后的看法如何?
虽然有许多的可能,但是21世纪仍然会是以硅基的半导体为发展重点吧。
但是我们可以很明显地看出,单只追求密度的话,一定会有极限。所以为了突破这极限,将会从单层架构的精细化,到多层化的架构。目前多层架构技术尚未成熟,但这将会成为将来的基础技术。
就像超高层大楼完成以后,都市就急速地进步。一般,半导体技术也会随著多层(高层)技术的开发,而有急速的进步。在这时,虽然是尚未发生,但是有关清洗喷嘴的话,”在低压下仍能均匀供给液流或在低压下也能喷雾出同样大小的液滴”技术将会十分重要。

 

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