兆声波清洗 | 去除晶圆表面纳米颗粒污染物的热门方案

发布时间: 2021年01月13日 浏览次数:1091

兆声清洗

图源:东方金荣超声电器有限公司

 

兆声波清洗技术作为超精密清洗代表的纳米级清洗技术,在半导体清洗领域占据举足轻重的作用,成为前沿精密清洗领域一匹少壮有为的黑马:既可以完成Si圆片、GaAs、液晶玻璃及其他玻璃面罩的清洗,也可以完成硬盘及其读写头、半导体组件、光掩模、薄膜磁头等脆性材料的超精密清洗。同时,可处理TSV刻蚀后清洗、UBM/RDL清洗、键合清洗等先进封装领域的精密清洗。随着研究的进一步深入,兆声波清洗技术除了在半导体和电子器件的生产过程中获得越来越多的应用外,在光学器件和医疗仪器的精密清洗上也备受关注。

兆声波清洗原理以及效果

兆声波清洗原理以及效果

兆声波清洗原理以及效果 图源:华林科纳

 

兆声波清洗是由超声波清洗发展而来的,是利用换能器发出兆赫级高能声波(振动产生 0. 8 MHz ), 溶液分子在这种声波的推动下作加速运动(最大瞬时速度达到30 cm/s),以强声压梯度及声流作用产生的高速流体力学层连续冲击,使吸附的微细颗粒解吸的清洗技术。作为一种纳米级精密清洗技术,兆声波清洗不但继承了超声波清洗的优点,而且克服了它的缺陷。在粘滞层厚度、功率密度、共振效应、衍射效应方面比超声波清洗技术更有优势。

3nm晶圆

3nm晶圆 图源:台积电

 

以该技术应用最广的晶圆清洗为例,兆声波清洗技术被视为半导体晶圆清洗的关键方法,有助于检验CMP后晶圆片表面的新鲜活性。CMP抛光液中使用高浓度的纳米磨粒(如纳米Si02、纳米AIO粒子)、多种化学品等因素,晶圆表面极吸附纳米颗粒等污染物,导致CMP后清洗极其困难。由于超声波清洗难以清除半导体晶圆表面小于 1 μm 以下的微粒,而兆声波清洗对表面损伤较小,可以有效去掉晶片表面上小于0.2μm的粒子,可达到超声波起不到的作用;同时,兆声波清洗技术频率太高,在溶液中很难发生空化效应,清洗时不会形成超声波清洗那样的气泡,当高频声波能量加速溶液连续冲击硅片表面时,使晶片表面吸附的颗粒等污染物便会随溶液而剥离。对于晶圆片高效能高精密的要求标准来讲,兆声波清洗技术同时起到机械擦片和化学清洗两种方法的作用。

兆声波清喷头式

兆声波清喷头式 图源:日本本多

 

兆声清洗通常分为喷淋式兆声清洗和槽式兆声清洗两种。喷淋式兆声清洗是通过高频超声波换能器将高频超声波通过水流传送出去,被清洗的物体接触带有高频超声波的水流而达到清洁处理的目的。喷淋式兆声清洗相对于传统的槽式清洗,具有更高的清洗效率,并避免了清洗水残留物的二次污染问题。槽式兆声清洗类似传统的超声波清洗,高频兆声清洗振子处于清洗槽的底部,在清洗池中形成高频超声波声场,槽式兆声清洗的优点是可多片晶圆同时清洗,更适合用于批量清洗。

兆声清洗槽

兆声清洗槽 图源:美国清洗技术集团

 

无损伤兆声波清洗技术仍是行业中最热门的研发领域之一。盛美半导体在先进无损伤兆声波清洗技术领域处于隐形冠军,其应用美国专利及商标局授权的TEBO(时序能激气穴震荡)兆声波清洗技术适用于28nm或以下的图形硅片清洗,通过一系列频率高达每秒100万次的压力变化,使得气泡在受控的温度下,以稳定的尺寸和形状进行振荡。这些气泡被控制在稳定的振荡状态下,不会发生内爆,因此不会破坏晶圆表面的微结构,晶圆表面的图形结构也可以被清洗干净,并避免遭到破坏,提高了晶圆清洗良率和制造效率。

 

国内(含国外在华投资公司)致力于兆声波清洗技术研究和应用的公司有:深圳正阳工业清洗设备有限公司、南通华林科纳半导体设备有限公司、北京东方金荣超声电器有限公司、长电(深圳)半导体技术有限公司、深圳精英超声设备有限公司、北京声华兴业科技有限公司、美国清洗技术集团(苏州)公司、上海楷捷半导体有限公司(日资)、德中(天津)技术发展股份有限公司、德国韦氏纳米系统(香港)有限公司等。