水的沖洗
出處：zhuzhu2005 發(fā)布于：2007-04-29 10:15:49
每一步濕法清洗的后面都跟著一點(diǎn)去離子水的沖洗。清水沖洗具有從表面上去除化學(xué)清洗液和終止氧化物的刻蝕反應(yīng)的雙重功效。沖洗可用幾種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。未來(lái)的焦點(diǎn)集聚在提高沖洗效果和減少水的用量上。1997年的NTRS聲稱，到2010年?duì)幦?shí)現(xiàn)在尺寸為50納米的器件上（水用量由目前的30 加侖/每平方英寸硅片減少到2加侖/每平方英寸硅片）。每平方英寸硅片的水用量由目前的30 加侖減少到2010年的2 加侖。
溢流式清洗器。自動(dòng)的表面清洗并不是單獨(dú)地將晶片浸泡在—池水中。完全的徹底的沖洗需要晶片表面有清洗的水不斷地流過。其中一種方法叫溢流式清洗器。（圖 5.29）它通常是嵌入清洗臺(tái)面板內(nèi)的一個(gè)池子。去離子水從盒子的底部進(jìn)入從晶片周圍流過，再經(jīng)過一個(gè)閘門從排水系統(tǒng)排出。從下部的底盤進(jìn)入沖洗器的一般氮?dú)獾臍馀菁訌?qiáng)了流水的沖洗作用。由于氮?dú)獾臍馀輳乃袕南孪蛏贤ㄟ^，有助于晶片表面化學(xué)品和水的混合。這一類型稱為氣泡式。另一不同類型為平行式下流沖洗器。在這一設(shè)計(jì)中，水從沖洗池外部進(jìn)入豎直向下流過晶片。（圖 5.30）
由經(jīng)驗(yàn)得出的法則是，充分的沖洗要以流速為每分鐘等于沖洗池體積的五倍的流量（每分鐘的水更換次數(shù)）持續(xù)沖洗至少5分鐘（取決于晶片的直徑）。如果沖洗池的體積為32，則流量應(yīng)至少為15升/分鐘。
沖洗的時(shí)間長(zhǎng)短是由測(cè)量排出沖洗池的水的電阻率決定的?；瘜W(xué)清洗液在沖洗的水中是帶電的分子，它們的存在可由水的電阻率推知。如果進(jìn)入沖洗池的水的電阻為18MΩ 的水平，那么在清洗池的出口處水的電阻為15到18兆歐時(shí)說(shuō)明晶片已經(jīng)清洗并沖淋干凈。由于清水沖洗至關(guān)重要，所以通常至少要進(jìn)行兩種沖洗，而總共的沖洗時(shí)間要設(shè)定為由電阻率測(cè)量而確定的沖洗時(shí)間的2到5倍。通常在沖洗池出口處安裝一個(gè)水電阻率測(cè)量表以不斷地測(cè)量出口處水的電阻率，并在沖洗完成時(shí)給出信號(hào)。
噴灑式?jīng)_洗 。 流動(dòng)的水通過稀釋的機(jī)械原理將晶片表面水溶性的化學(xué)物質(zhì)除去。表層的化學(xué)物質(zhì)溶解于水并被水流攜帶走。這種動(dòng)作在不間斷地進(jìn)行。較快的水的流速可以更快地將化學(xué)物質(zhì)溶解從而使沖洗速度提高。水的更換次數(shù)直接決定了沖洗的速度。這可以通過想象以一個(gè)非?？斓乃魉俣仍谝粋€(gè)非常大的沖洗池中進(jìn)行的沖洗來(lái)理解。從晶片表面去除掉的化學(xué)物質(zhì)會(huì)均勻地分布在沖洗池中因此一部分也將仍然會(huì)附著在晶片表面。只有通過足夠多的水流進(jìn)和并攜帶著化學(xué)物質(zhì)流出沖洗池，才可將化學(xué)物質(zhì)終從池中排出。
另一種沖淋速度較快的方法是利用水噴淋的方法。噴灑是通過來(lái)自它自身的動(dòng)量的物理作用除去化學(xué)物質(zhì)的。那些大量的小水滴沖擊晶片表面，可以達(dá)到與更換率極高的沖洗相同的效力。除了更有效的沖洗效果與溢流式?jīng)_洗相比噴灑沖洗的用水量相當(dāng)少。但當(dāng)用電阻率監(jiān)測(cè)器測(cè)量噴灑沖洗器中排出的水的電阻時(shí)，一個(gè)問題隨之而來(lái)。被噴射的水捕捉到的空氣中的二氧化碳相當(dāng)于帶電的顆粒，從而被電阻率測(cè)量器視為污染物，而其實(shí)它們并不是。
排放式?jīng)_洗。考慮到?jīng)_洗的有效性和水用量的節(jié)約，排放式?jīng)_洗無(wú)疑是一個(gè)引人注目的方法。系統(tǒng)的構(gòu)成類似溢流式?jīng)_洗，但具有噴灑能力。晶片被放量到干的沖洗槽中即刻被去離子水噴淋。當(dāng)噴淋進(jìn)行時(shí)，沖洗槽被水迅速地充滿。當(dāng)水溢流至沖洗槽的頂端，其底部的一個(gè)活門swings 開啟，將水頃刻間排入排放系統(tǒng)。這樣的填滿和排放的過程反復(fù)幾次直至晶片被完全沖洗干凈。
排放式?jīng)_洗的另一個(gè)好處是全部過程在一個(gè)槽中進(jìn)行，節(jié)約設(shè)備和空間。它還是一個(gè)可以自動(dòng)操作用系統(tǒng)，操作員只需將晶片放入槽中（這一操作也可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)）然后按下啟動(dòng)鍵。
超聲波輔助進(jìn)行的清洗和水沖洗。在化學(xué)品清洗池或水沖洗系統(tǒng)中的額外的超聲波振動(dòng)有助于并可加速濕法工藝的進(jìn)行。使用超聲波可以提高清洗效力從而允許較低的槽溫。超聲波是由清洗槽外部安裝的變頻器產(chǎn)生的能量波。通常使用兩個(gè)波段。在20000—50000赫茲（1赫茲（Hz）=1周/秒）范圍的叫超聲波，在850千赫（KHz）范圍的叫兆聲波。40超聲波是通過蒸氣旋渦來(lái)輔助沖洗的。振動(dòng)在液體中形成極微小的氣泡而這些氣泡快速地崩潰而產(chǎn)生極微小的擦洗的動(dòng)作從而除去顆粒。這一現(xiàn)象稱為氣渦。兆聲波的輔助作用是通過另外一種機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)流體力學(xué)，固體表面與液體之間有一個(gè)靜止或緩慢移動(dòng)的界面，例如晶片的表面。小的顆?？杀槐３衷谶@層界面中而不會(huì)接觸化學(xué)清洗液。兆聲波的能量可以消除這一界面，從而使顆粒得以清洗。另外，一種叫做聲流的現(xiàn)象使得水或清洗液流過晶片的速度加快，從而提高清洗效率。41
旋轉(zhuǎn)淋洗烘干機(jī)（SRDs）。 清水沖洗后，必須將晶片烘干。這并不是一個(gè)無(wú)關(guān)緊要的過程。任何保留在晶片表面的水（甚至是原子）都可能對(duì)以后的任何一步操作產(chǎn)生潛在的影響。目前所應(yīng)用的有三種烘干技術(shù)（之間有所不同）。
溢流式清洗器。自動(dòng)的表面清洗并不是單獨(dú)地將晶片浸泡在—池水中。完全的徹底的沖洗需要晶片表面有清洗的水不斷地流過。其中一種方法叫溢流式清洗器。（圖 5.29）它通常是嵌入清洗臺(tái)面板內(nèi)的一個(gè)池子。去離子水從盒子的底部進(jìn)入從晶片周圍流過，再經(jīng)過一個(gè)閘門從排水系統(tǒng)排出。從下部的底盤進(jìn)入沖洗器的一般氮?dú)獾臍馀菁訌?qiáng)了流水的沖洗作用。由于氮?dú)獾臍馀輳乃袕南孪蛏贤ㄟ^，有助于晶片表面化學(xué)品和水的混合。這一類型稱為氣泡式。另一不同類型為平行式下流沖洗器。在這一設(shè)計(jì)中，水從沖洗池外部進(jìn)入豎直向下流過晶片。（圖 5.30）
由經(jīng)驗(yàn)得出的法則是，充分的沖洗要以流速為每分鐘等于沖洗池體積的五倍的流量（每分鐘的水更換次數(shù)）持續(xù)沖洗至少5分鐘（取決于晶片的直徑）。如果沖洗池的體積為32，則流量應(yīng)至少為15升/分鐘。
沖洗的時(shí)間長(zhǎng)短是由測(cè)量排出沖洗池的水的電阻率決定的?；瘜W(xué)清洗液在沖洗的水中是帶電的分子，它們的存在可由水的電阻率推知。如果進(jìn)入沖洗池的水的電阻為18MΩ 的水平，那么在清洗池的出口處水的電阻為15到18兆歐時(shí)說(shuō)明晶片已經(jīng)清洗并沖淋干凈。由于清水沖洗至關(guān)重要，所以通常至少要進(jìn)行兩種沖洗，而總共的沖洗時(shí)間要設(shè)定為由電阻率測(cè)量而確定的沖洗時(shí)間的2到5倍。通常在沖洗池出口處安裝一個(gè)水電阻率測(cè)量表以不斷地測(cè)量出口處水的電阻率，并在沖洗完成時(shí)給出信號(hào)。
噴灑式?jīng)_洗 。 流動(dòng)的水通過稀釋的機(jī)械原理將晶片表面水溶性的化學(xué)物質(zhì)除去。表層的化學(xué)物質(zhì)溶解于水并被水流攜帶走。這種動(dòng)作在不間斷地進(jìn)行。較快的水的流速可以更快地將化學(xué)物質(zhì)溶解從而使沖洗速度提高。水的更換次數(shù)直接決定了沖洗的速度。這可以通過想象以一個(gè)非?？斓乃魉俣仍谝粋€(gè)非常大的沖洗池中進(jìn)行的沖洗來(lái)理解。從晶片表面去除掉的化學(xué)物質(zhì)會(huì)均勻地分布在沖洗池中因此一部分也將仍然會(huì)附著在晶片表面。只有通過足夠多的水流進(jìn)和并攜帶著化學(xué)物質(zhì)流出沖洗池，才可將化學(xué)物質(zhì)終從池中排出。
另一種沖淋速度較快的方法是利用水噴淋的方法。噴灑是通過來(lái)自它自身的動(dòng)量的物理作用除去化學(xué)物質(zhì)的。那些大量的小水滴沖擊晶片表面，可以達(dá)到與更換率極高的沖洗相同的效力。除了更有效的沖洗效果與溢流式?jīng)_洗相比噴灑沖洗的用水量相當(dāng)少。但當(dāng)用電阻率監(jiān)測(cè)器測(cè)量噴灑沖洗器中排出的水的電阻時(shí)，一個(gè)問題隨之而來(lái)。被噴射的水捕捉到的空氣中的二氧化碳相當(dāng)于帶電的顆粒，從而被電阻率測(cè)量器視為污染物，而其實(shí)它們并不是。
排放式?jīng)_洗。考慮到?jīng)_洗的有效性和水用量的節(jié)約，排放式?jīng)_洗無(wú)疑是一個(gè)引人注目的方法。系統(tǒng)的構(gòu)成類似溢流式?jīng)_洗，但具有噴灑能力。晶片被放量到干的沖洗槽中即刻被去離子水噴淋。當(dāng)噴淋進(jìn)行時(shí)，沖洗槽被水迅速地充滿。當(dāng)水溢流至沖洗槽的頂端，其底部的一個(gè)活門swings 開啟，將水頃刻間排入排放系統(tǒng)。這樣的填滿和排放的過程反復(fù)幾次直至晶片被完全沖洗干凈。
排放式?jīng)_洗的另一個(gè)好處是全部過程在一個(gè)槽中進(jìn)行，節(jié)約設(shè)備和空間。它還是一個(gè)可以自動(dòng)操作用系統(tǒng)，操作員只需將晶片放入槽中（這一操作也可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)）然后按下啟動(dòng)鍵。
超聲波輔助進(jìn)行的清洗和水沖洗。在化學(xué)品清洗池或水沖洗系統(tǒng)中的額外的超聲波振動(dòng)有助于并可加速濕法工藝的進(jìn)行。使用超聲波可以提高清洗效力從而允許較低的槽溫。超聲波是由清洗槽外部安裝的變頻器產(chǎn)生的能量波。通常使用兩個(gè)波段。在20000—50000赫茲（1赫茲（Hz）=1周/秒）范圍的叫超聲波，在850千赫（KHz）范圍的叫兆聲波。40超聲波是通過蒸氣旋渦來(lái)輔助沖洗的。振動(dòng)在液體中形成極微小的氣泡而這些氣泡快速地崩潰而產(chǎn)生極微小的擦洗的動(dòng)作從而除去顆粒。這一現(xiàn)象稱為氣渦。兆聲波的輔助作用是通過另外一種機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)流體力學(xué)，固體表面與液體之間有一個(gè)靜止或緩慢移動(dòng)的界面，例如晶片的表面。小的顆?？杀槐３衷谶@層界面中而不會(huì)接觸化學(xué)清洗液。兆聲波的能量可以消除這一界面，從而使顆粒得以清洗。另外，一種叫做聲流的現(xiàn)象使得水或清洗液流過晶片的速度加快，從而提高清洗效率。41
旋轉(zhuǎn)淋洗烘干機(jī)（SRDs）。 清水沖洗后，必須將晶片烘干。這并不是一個(gè)無(wú)關(guān)緊要的過程。任何保留在晶片表面的水（甚至是原子）都可能對(duì)以后的任何一步操作產(chǎn)生潛在的影響。目前所應(yīng)用的有三種烘干技術(shù)（之間有所不同）。
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