Tối ưu hóa quy trình làm sạch chất bán dẫn

Tối ưu hóa quy trình vệ sinh trong sản xuất chất bán dẫn đã trở thành một thách thức quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị. Nghiên cứu gần đây cho thấy các kỹ thuật tiên tiến kết hợp vệ sinh ướt và khô, cũng như các phương pháp cải tiến như vệ sinh siêu âm, có thể cải thiện hiệu quả vệ sinh và giảm mức tiêu thụ tài nguyên.

Vệ sinh ướt và vệ sinh khô trong sản xuất chất bán dẫn là những công nghệ vệ sinh quan trọng, mỗi công nghệ có những đặc điểm và ứng dụng riêng.

Vệ sinh ướt là công nghệ chính chiếm hơn 90% các bước vệ sinh trong sản xuất chất bán dẫn. Phương pháp này sử dụng hóa chất lỏng và nước siêu tinh khiết kết hợp với các kỹ thuật vật lý như siêu âm/siêu âm, gia nhiệt và chân không để loại bỏ chất gây ô nhiễm khỏi bề mặt wafer.1 Mục tiêu chính là loại bỏ các hạt, oxit tự nhiên, chất hữu cơ, tạp chất kim loại, lớp hy sinh, cặn đánh bóng, v.v.

Các kỹ thuật vệ sinh ướt phổ biến bao gồm:

• Vệ sinh RCA: Sử dụng hỗn hợp amoniac, hydro peroxide và nước (APM) và axit clohydric, hydro peroxide và nước (HPM) để loại bỏ chất hữu cơ và các ion kim loại nặng.
• Vệ sinh IMEC: Sử dụng ozone và hóa chất pha loãng để tiết kiệm tài nguyên.
• Vệ sinh wafer đơn: Giảm thiểu ô nhiễm chéo và hư hỏng bề mặt, cải thiện năng suất sản phẩm và giảm chi phí.

Ngược lại, giặt khô không sử dụng hóa chất lỏng mà thay vào đó dựa vào các kỹ thuật hóa học dạng khí như giặt plasma, giặt carbon dioxide siêu tới hạn và giặt chùm tia. Kỹ thuật này rất hiệu quả trong việc tạo ra các đường nét và hoa văn hình học nhờ đặc tính khắc dị hướng của nó.

Các tính năng chính của giặt khô là:

• Vệ sinh plasma: Khí trơ được kích thích thành trạng thái plasma, phản ứng với các phân tử bề mặt để tạo thành các sản phẩm dễ bay hơi.
• Vệ sinh chùm tia: sử dụng chùm tia mịn của chất tẩy rửa dẫn điện để loại bỏ tạp chất hiệu quả bằng cách phá vỡ liên kết van der Waals giữa các nguyên tử.
• Vệ sinh chùm tia laser: loại bỏ hiệu quả các hạt có kích thước micrômet và dưới micrômet mà không làm hỏng bề mặt silicon.

Vệ sinh khô là điều cần thiết đối với các sản phẩm logic và bộ nhớ, chủ yếu ở các nút công nghệ dưới 28nm, nhưng nó phải đối mặt với những thách thức do khả năng xảy ra phản ứng không mong muốn với bề mặt silicon từ hơi hóa chất và không thể loại bỏ hoàn toàn tất cả các chất gây ô nhiễm kim loại.

Cả hai công nghệ đều đóng vai trò bổ sung trong sản xuất chất bán dẫn, góp phần thu nhỏ và nâng cao hiệu suất của thiết bị. Việc lựa chọn phương pháp vệ sinh phù hợp cho từng giai đoạn của quy trình sản xuất là điều cần thiết để sản xuất ra các thiết bị bán dẫn chất lượng cao.

Giảm thiểu sử dụng hóa chất và giảm tác động đến môi trường đã trở thành một thách thức chính trong ngành sản xuất chất bán dẫn.

Để giải quyết thách thức này, một số chiến lược sáng tạo đã được phát triển.

• Áp dụng hệ thống tái chế hóa chất vòng kín: Điều này cho phép các nhà sản xuất tái sử dụng hóa chất sau một lần sử dụng, giảm thiểu chất thải và sử dụng hiệu quả tài nguyên.
• Giới thiệu công nghệ làm sạch RCA mới: Bằng cách tích hợp quá trình làm sạch hai giai đoạn thông thường của SC-1 và SC-2 thành một giai đoạn, lượng hóa chất sử dụng và lượng chất thải lỏng được giảm đáng kể.
• Phát triển công nghệ để giảm nước thải hữu cơ: Chúng tôi đang nỗ lực giảm thiểu tác động đến môi trường bằng cách giới thiệu các công nghệ mới tập trung vào việc giảm lượng hóa chất sử dụng và hạn chế lượng nước thải.

Các chiến lược này đang giúp các quy trình sản xuất chất bán dẫn hiệu quả và bền vững hơn, đánh dấu một bước quan trọng hướng tới mục tiêu trung hòa carbon trong toàn ngành.

Mục đích của việc vệ sinh trong các quy trình sản xuất chất bán dẫn và loại dung dịch vệ sinh được sử dụng ở mỗi bước rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm. Bảng dưới đây tóm tắt mục đích của việc vệ sinh trong các quy trình sản xuất chính và các dung dịch vệ sinh được sử dụng.

 

 

Các quy trình làm sạch này loại bỏ hiệu quả nhiều chất gây ô nhiễm khác nhau khỏi bề mặt của các tấm bán dẫn để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị. Ví dụ, làm sạch RCA là quy trình hai bước để loại bỏ các chất hữu cơ và ion kim loại, và sử dụng kết hợp SC1 và SC2 để làm sạch hoàn toàn bề mặt tấm bán dẫn.

Làm sạch Piranha đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ cặn hữu cơ và làm cho bề mặt tấm bán dẫn trở nên ưa nước thông qua tác động oxy hóa mạnh của nó, trong khi làm sạch sau CMP sử dụng các hóa chất rửa chuyên dụng để loại bỏ các cặn dạng hạt mịn phát sinh từ quá trình đánh bóng.

Các công nghệ làm sạch hiện đại nhằm mục đích giảm tác động đến môi trường và cải thiện hiệu quả làm sạch bằng cách sử dụng ít hóa chất hơn trong khi vẫn cung cấp khả năng làm sạch hiệu quả hơn. Ví dụ, sự phát triển của các hóa chất làm sạch tiên tiến đã cho phép giảm số chu kỳ làm sạch và đơn giản hóa các quy trình làm sạch.

Việc lựa chọn và sử dụng đúng các quy trình làm sạch và dung dịch làm sạch này là chìa khóa để kiểm soát chất lượng và cải thiện năng suất trong sản xuất chất bán dẫn và là một yếu tố thiết yếu trong sản xuất các thiết bị tiên tiến.

 Việc bảo quản đúng cách các chất lỏng làm sạch trong sản xuất chất bán dẫn là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn của quá trình làm sạch. Bảng dưới đây tóm tắt các điều kiện bảo quản và biện pháp phòng ngừa đối với các chất lỏng làm sạch chính.

 

 

Temperature control, ventilation and proper containers are essential for storing cleaning solutions. For example, SPM solution is a mixture of 31.25 cm³ water, 18.75 cm³ 98% sulfuric acid and 50 cm³ 35% hydrogen peroxide, and can be stored stable for over 100 days under proper conditions. On the other hand, RCA cleaning solution is recommended to be prepared just before use and used for a short time in an inert tank at high temperature. These proper storage methods will maximize the effectiveness of the cleaning solution and ensure its safety.

Giám sát mức dung dịch làm sạch trong các quy trình sản xuất chất bán dẫn là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.

Việc triển khai hệ thống giám sát phù hợp mang lại những lợi ích chính, bao gồm:

• Tối ưu hóa việc sử dụng hóa chất: Kiến thức chính xác về mức dung dịch trong bể giúp ngăn ngừa tình trạng sử dụng quá mức hoặc thiếu hụt chất lỏng làm sạch, đảm bảo sử dụng hiệu quả các nguồn lực.
• Cải thiện tính an toàn: Giảm nguy cơ bể chứa bị đầy và rò rỉ, đảm bảo an toàn cho người lao động.
• Duy trì tính liên tục của quy trình: Ngăn ngừa tình trạng dừng dây chuyền sản xuất do thiếu chất lỏng làm sạch và tăng năng suất.
• Tận dụng dữ liệu thời gian thực: Giám sát từ xa giúp đưa ra quyết định nhanh hơn và bảo trì phòng ngừa.

Những lợi thế này góp phần đáng kể vào việc kiểm soát chất lượng và giảm tác động đến môi trường trong sản xuất chất bán dẫn, giúp hiện thực hóa các quy trình sản xuất bền vững.

Nhiều loại cảm biến mức khác nhau được sử dụng để quản lý các bể chứa dung dịch vệ sinh trong quy trình sản xuất chất bán dẫn. Các cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc đo chính xác mức chất lỏng trong các bể chứa để đảm bảo quy trình vệ sinh hiệu quả và vận hành an toàn. Bảng dưới đây tóm tắt các loại cảm biến mức chính, nguyên lý hoạt động và tính năng của chúng.

 

 

Các cảm biến này được sử dụng cho các ứng dụng phù hợp theo đặc điểm tương ứng của chúng. Ví dụ, cảm biến siêu âm không tiếp xúc và có thể được sử dụng với nhiều loại chất lỏng, khiến chúng phù hợp để theo dõi các bồn chứa chất lỏng làm sạch có tính ăn mòn cao. Trong khi đó, cảm biến quang học có phản ứng tốc độ cao và hiệu quả để theo dõi các điểm cụ thể như phát hiện xem bồn chứa đầy hay rỗng.

 

Ngành công nghiệp bán dẫn đang có cách tiếp cận chủ động hướng tới tính bền vững và bảo vệ môi trường.

Các chiến lược chính bao gồm:

• Giảm phát thải khí nhà kính: Samsung đã phát triển các sản phẩm giúp giảm phát thải carbon khoảng 680.000 tấn và NVIDIA đã tăng mức sử dụng năng lượng tái tạo lên 76% vào năm 2023-2024.
• Cải thiện hiệu quả năng lượng: Đang có tiến triển trong việc phát triển chip công suất thấp và tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm mức sử dụng năng lượng.
• Quản lý nước: Intel có mục tiêu đạt được mức sử dụng nước dương ròng vào năm 2030.
• Giảm chất thải: Intel đang nỗ lực đạt được mục tiêu không có chất thải vào năm 2030 và sẽ tái sử dụng và tái chế 94% chất thải của mình vào năm 2023.
• Phát triển các công nghệ sản xuất xanh: Việc sử dụng nguyên liệu thô có GWP (tiềm năng làm nóng toàn cầu) thấp và việc giới thiệu các công nghệ để giảm phát thải khí flo đang được thúc đẩy.

Thông qua những nỗ lực này, ngành công nghiệp bán dẫn đặt mục tiêu đạt được tăng trưởng bền vững trong khi giảm tác động đến môi trường.