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单晶圆清洗技术

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一直以来,引领湿式处理市场的是批式处理技术(即在一个处理仓中,利用浸泡方法同时清洗多只晶圆的技术)。每一代工艺应用,这种高产能的方法曾经证明了其有效性和极高的生产力。但是整个半导体行业正在历经重要的技术转型期,传统的批式处理方法已经越来越无法适应湿式清洗应用,制造工艺过程需要其它新型清洗步骤,从而确保重要的器件规格、性能以及可靠性不会因污染物的影响而大打折扣。此外,批式湿式处理无法满足如快速热处理(RTP)等工艺的关键扩散和CVD技术。
  成品率是转型到单晶圆技术的另一个重要原因,通过使用单晶圆技术可以有效提高100nm及其以下工艺的成品率。对于更小线宽尺寸的300mm晶圆,晶圆的成本太高,以至于可能损失整只晶圆或一整批晶圆的风险也极高。使用单晶圆技术将使制造商能够在更小规模的生产线上以更少的设备投入生产出与大型生产线数量相同的芯片。
  因此,代工厂和IDM都逐步倾向于单晶圆湿式清洗处理技术,以降低重要的清洗过程中交叉污染的风险(包括晶圆对晶圆以及批次对批次的交叉污染)。单晶圆处理技术与批式处理系统竞争的关键之处在于产能,即它必须能够达到要求的湿式清洗平台每小时150-200只晶圆的
产能。同时,单晶圆处理技术还必须能够适应未来的技术标准,能够与新型材料和工艺过程兼容,进而降低用户的拥有成本(CoO)。
  向单晶圆清洗技术的衍变得到了来自日本、台湾和新加坡的极大推动,在这一区域,单晶圆清洗设备的拥有量高达三分之一(占全球总量的20-25%)。目前,随着整个半导体行业持续复苏,我们相信:到2008年,单晶圆湿式处理技术将占整个湿式处理设备市场45%的市场份额,总金额将达到6亿3千万美元。
  单晶圆清洗应用
  在执行晶圆的前段工艺过程(FEOL)和后段工艺过程(BEOL)时,晶圆需要经过无数次的清洗步骤,清洗的次数取决于晶圆的设计和互连的层数。此外,由于清洗工艺过程不仅要剥离晶圆表面的光刻胶,同时还必须去除复杂的蚀刻残余物质、金属颗粒以及其它污染物等,因此,需要更新、更精细的化学试剂。而且这些工艺过程和化学试剂必须与铜、低k电介质和其它新型材料兼容。
  单个晶圆清洗的方法同时也为整个制造周期提供了实现更好的工艺过程控制的机会,改善了单个晶圆以及晶圆对晶圆的均一性,进而提高了良率。更大的晶圆尺寸、更紧缩的设计规格无一不加速了半导体制造对单晶圆湿式清洗处理技术的采用,以减小关键清洗过程中的交叉污染。而如果采用批式处理方法,污染物问题可能会危及每个晶圆的质量,进而危及整批晶圆的良率,这将导致芯片制造商高成本的返工。
  单晶圆清洗技术处理也更适于向铜和低k值电介质等新型材料过渡。在前段工艺过程FEOL清洗,特别是氮化物和氧化物的去除、光刻胶剥离以及高k值材料的应用等方面,批式处理仍然占主导地位。而背面应用则以单晶圆方法为主导,在后段工艺过程BEOL清洗应用市场占50%的份额。然而,随着整个半导体行业向65nm工艺衍变、单晶圆设备在拥有成本CoO上得以改进时,逻辑芯片制造商都期望在前段工艺过程FEOL采用单晶圆清洗方式,不久的将来存储芯片供应商也将采用单晶圆方式。
  单晶圆清洗工作原理
  SEZ的单晶圆自旋蚀刻架构由一个处理反应室、一个获专利的晶圆卡具/卡盘(即,晶圆固定装置)和一个介质分配装置组成。晶圆卡具、处理反应室、以及垂直排列的处理方法和全自动化晶圆传输系统的组合实现了优异的工艺水平。在处理过程中,将晶圆要被处理的一面朝上放置于卡具之上,晶圆始终浮动于旋转的卡具上,而不会被触碰到。在整个工艺过程中,氮气衬垫将保护接触卡具的一面,从而免去了传统的工艺过程中保护晶圆的预处理和后处理步骤。

   


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