半導(dǎo)體 IPA干燥 甩干

在材料加工科學(xué)的不斷推動下，半導(dǎo)體器件和集成電路制作工藝取得了長足進(jìn)步，發(fā)生了巨大變化，但是其中的濕法清洗工藝作為最為有效的半導(dǎo)體晶片洗凈技術(shù)，一直未能被取代。隨著晶片表面潔凈要求的不斷提高，清洗工藝的焦點已逐步由清洗液、兆聲波等轉(zhuǎn)移到晶片干燥上。干燥作為濕法清洗的最后一個步驟，最終決定了晶片的表面質(zhì)量，是清洗工藝的核心所在。

　　在各種晶片的干燥中，尤以襯底拋光片的干燥最為困難，它不僅要求表面達(dá)到脫水效果，還要避免在表面留下任何水痕缺陷或顆粒。為達(dá)到這種要求，以設(shè)備為依托的各類干燥技術(shù)發(fā)展迅速。

1.1離心甩干技術(shù)

　　離心甩干是通過外力使晶片短時間內(nèi)達(dá)到高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，晶片表面的水受到離心力作用而從表面消失的干燥技術(shù)。這種干燥方式由于簡單可靠，在晶片清洗領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)晶片運(yùn)動方式的不同，離心甩干又分為立式離心甩干和水平式離心甩干（見圖 1 和圖 2），雖然二者的脫水原理相似，但是由于運(yùn)動方式的不同，在工藝上有很大的差異。為保證晶片的潔凈，一般在干燥步驟之前，會增加一步藥液、去離子水旋轉(zhuǎn)噴淋過程，對表面進(jìn)行二次潔凈。為保證干燥效果，甩干過程中將引入熱氮氣，對晶片進(jìn)行吹拂。

　影響甩干效果的因素有很多，如轉(zhuǎn)速的設(shè)置，氮氣的流量，排氣通路的設(shè)計、腔體的密閉性和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的共振等。

　　離心甩干的優(yōu)點是技術(shù)成熟穩(wěn)定，干燥后的表面均一性好，不易產(chǎn)生水?。蝗秉c是僅適合半導(dǎo)體前道的裸片或外延片，對于存在深窄溝渠的晶圓，干燥效果并不理想，而且由于制程中的高速旋轉(zhuǎn)，會影響晶片的機(jī)械強(qiáng)度，不適合超薄晶片的干燥。

1.2IPA干燥

IPA干燥是一種利用 IPA （異丙醇）加熱汽化、蒸發(fā)及表面張力作用達(dá)到脫水干燥目的的技術(shù)，其工作原理如圖 3 所示。

　　在 IPA Vapor 系統(tǒng)是由三部分組成的，蒸汽槽、蒸汽區(qū)和冷凝槽。蒸汽槽中的 IPA 在加熱器的作用下形成蒸汽，蒸汽向上形成濃度、溫度相對穩(wěn)定的蒸汽區(qū)，最上層則是冷卻水管構(gòu)成的冷凝區(qū)。晶片在干燥之前，需要浸入 IPA 液體中，由于互溶性，晶片表面的水會溶解到 IPA 中，取而代之的是液態(tài)的 IPA。晶片通過鏈條在系統(tǒng)中升降，到達(dá)蒸汽區(qū)時，由于晶片溫度低，蒸汽在表面凝結(jié)，形成大量液態(tài) IPA 淋洗表面，晶片溫度升高后，攜帶 I- PA 蒸汽的晶片回到冷凝區(qū)，IPA 蒸汽冷凝液化， 通過重力、表面張力和揮發(fā)等多重作用離開表面， 實現(xiàn)干燥的效果。

　　受溫度、升降行程和時間等多方面影響，尤其是 IPA 的純度，對干燥效果有著至關(guān)重要的影響。這種干燥方法避免了晶片的高速旋轉(zhuǎn)， 在一定程度上與甩干機(jī)互補(bǔ)，但是由于 IPA 用量很大，成本高，安全性差，已逐漸被新型干燥方式所取代。

1.3Marangoni 干燥

　　這是基于 Marangoni 效應(yīng)發(fā)展起來的干燥技術(shù)。典型的 Marangoni 干燥過程如圖 4 所示。晶片進(jìn)入干燥系統(tǒng)后，在水槽內(nèi)溢流。由氮氣攜帶 IPA 氣體充滿系統(tǒng)，在水面上形成 IPA 氣體環(huán)境。隨后晶片與水面緩慢脫離（可通過晶片提拉上升或緩慢排水兩種方式實現(xiàn)） 由于 IPA 的表面張力比水小得多（25 ℃下，IPA 表面張力為 20.9×10-3  N/m；水的表面張力為 72.8×10-3  N/m），所以會在坡狀水流表層形成表面張力梯度，產(chǎn)生 Marangoni 對流，水被“吸回”水面，如圖 5 所示。

雖然同樣是 IPA 干燥，但是 Marangoni 干燥與 IPA Vapor 干燥有本質(zhì)的不同，前者是通過表面張力梯度將水拉回水面，后者則是靠水的蒸發(fā)。 相比于IPA Vapor 干燥 ，Marangoni 干燥IPA 用量很少，且能夠克服深窄溝渠的脫水困難，比較適合直徑 150 mm ( 6 英寸) 以上晶片的干燥。Marangoni 干燥存在的問題是晶片易出現(xiàn)水痕缺陷，晶片與晶舟接觸處、晶片下方是常見的水痕區(qū)域 。為消除水痕缺陷，這類設(shè)備中一般配備簡易晶舟，以減少晶片與晶舟的接觸面積，另外，采用溫水浴、超聲波震蕩 IPA Bub- bler 和變速提拉等也是常用的消除水痕缺陷的手段。

　　干燥受多種因素影響，如晶片的提拉速度，IPA/N2  流量和排風(fēng)的設(shè)置等，因此此種方法技術(shù)難度較高。

作為濕制程設(shè)備制造商，南通華林科納半導(dǎo)體設(shè)備有限公司對干燥系統(tǒng)有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗和產(chǎn)線使用驗證，為硅片的清洗干燥提供有效的保障。