厕 尜 文章编号：１６７１—８９０９（２０１４）２—０００８—０４ 清洗世界 Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｗｏｒｌｄ 第３Ｏ卷第２期 ２０１４年２月 ＳＡＴ与ＳＳＴ在半导体清洗 工艺中的应用 关宏武，冯小强，段成龙，宋伟峰，舒福璋 （中国电子科技集团公司第四十五研究所第二事业部，北京１０１６０１） 摘 要：针对芯片制造商对设备低投入高产出的要求，介绍了能将多种工艺集成在一起的工作 台ＳＡＴ（喷酸系统）与ＳＳＴ（喷雾溶剂系统），详细介绍了其工作原理及特点，并与清洗机＋甩干 机传统清洗及刻蚀方式进行了详细对比，根据厂商实际使用效果，可以看出这两种集成工作台 可以有效降低成本，提高生产效率。 关键词：ＳＡＴ；ＳＳＴ；刻蚀；去胶 中图分类号：ＴＮ３０５．９７ 文献标识码：Ｂ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＡＴ ａｎｄ ＳＳＴ ｂｅｎｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ＧＵＡＮ Ｈｏｎｇｗｕ，ＦＥＮＧ Ｘｉａｏｑｉａｎｇ，ＤＵＡＮ Ｃｈｅｎｇｌｏｎｇ，ＳＯＮＧ Ｗｅｉｆｅｎｇ，ｓＨＵ Ｆｕｚｈａｎｇ （ｔｈｅ ４５ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１６０１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｆａｂ’Ｓ ｒｅｑｕｅｓｔ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｏｄｕｃｔ，ｔｈｅ Ｓｐｒａｙ Ａｃｉｄ Ｔｏｏｌ（ＳＡＴ）ａｎｄ Ｓｐｒａｙ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｔｏｏｌ（ＳＳＴ）ｂｅｎｃｈ ｔｈａｔ ｃａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｂｅｎｃｈ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｅｐｉｃｔｅｄ ａｍｐｌｙ．Ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐａｒｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ＳＳＴ、ＳＡＴ ａｎｄ ｒｉｎｓｅ ｂｅｎｃｈ＋ｓｐｒａｙ ｒｏｔａｔｅ ｄｒｙｅｒ ｔｈａｔ ａｒｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｉｎｓｅ ａｎｄ ｅｔｃｈ ｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｕｓｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｆａｂ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｅｎ，ｔｈａｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂｏｔｈ ｂｅｎｃｈｅｓ ｃａｎ ｒｅ－ ｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｕｒｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｐｒａｙ Ａｃｉｄ Ｔｏｏｌ；Ｓｐｒａｙ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｔｏｏｌ；ｅｔｃｈ；ｒｅｍｏｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ 随着半导体产业升级，快速发展，各个芯片生产 商问的竞争也不断加剧，尤其是产量和质量更为明 耗材使用量、人工操作时间，提高了生产效率。ＳＡＴ 应用广泛，可以用于晶片表面氧化物的去除、金属刻 显，为了促进生产效率的提升，设备的产能要求也不 断提升，而ＳＡＴ、ＳＳＴ工作台的研发，满足了化学液 清洗、刻蚀、去胶、干燥等多个工艺环节的需求，集多 个工艺环节于一个工艺腔体，减小净化问使用面积、 蚀、金属离子清洗去除。而ＳＳＴ则用于半导体工艺 中的显影、光刻胶去除工艺。对集批量生产与降低 生产成本优点于一体的这两种设备，对于半导体生 产商来说是提高竞争力的首选设备，对此，各国对这 收稿日期：２０１３—１２—１０ 作者简介：关宏武（１９８２一），男，山西运城人，硕士，工程师，主要从事半导体清洗设备的研发工作。 第３Ｏ卷 关宏武等．ＳＡＴ与ＳＳＴ在半导体清洗工艺中的应用 类设备均进行了研究，本文分别对ＳＡＴ和ＳＳＴ这两 种设备的研究成果和实际使用效果进行介绍。 不锈钢、ＰＴＦＥ等。 ２ ＳＡＴ和ＳＳＴ工作原理及应用 １ ＳＡＴ、ＳＳＴ工作台介绍 ＳＡＴ和ＳＳＴ工作原理（见图１）：系统通过泵将 ＳＡＴ（Ｓｐｒａｙ Ａｃｉｄ Ｔｏｏ１）为喷酸系统，即化学液为 酸性溶液。主要用于刻蚀、去胶、清洗等酸性溶液工 供液桶中的工艺用液（可以使刻蚀液、显影液，也可 以是超纯水）打入管路，经过过滤后，由气动阀体控 艺环节，设备均由耐酸材料制造，管路部分为耐高 温、耐酸材料。 ＳＳＴ（Ｓｐｒａｙ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｔｏｏ１）为喷雾溶剂系统，化学 液为溶剂，主要为有机溶剂。用于去胶、显影，剥离 等工艺步骤。设备材料均为耐有机溶液材料，比如 制进入反应腔，在反应腔中，工艺溶液与晶片进行化 学反应或物理反应（溶液为纯水时属于物理反应）， 并利用纯水冲洗，反复进行数次，以达到金属刻蚀、 氧化物刻蚀、ＰＲ刻蚀、聚合物去除等工艺目的。 氯气 化学液 注入 图１ ＳＡＴ与ＳＳＴ工作台原理 详细的工作原理见图１，整个工艺环节中有两种 化学液Ｍ１和Ｍ２，Ｍ１注入溶液桶１和回收溶液桶２， Ｍ２注人溶液桶３和回收溶液桶４。ＳＡＴ、ＳＳＴ可用于 多种工艺、根据工艺用途，进行不同的工艺步骤。设 备运行环节为： １）化学液１喷淋，进行第一步刻蚀（或去胶 入溶桶２。当溶液需要排放时，五体阀组Ｊ口打开， 废液进入排放管路。同时，装载晶片的载体以设定 好的转速旋转，使得这种反应进行的更为充分。环 节１设定时间结束后，进入环节２。 如果溶液可以再次使用，可以根据程序从溶液 桶２中进行溶液腐蚀。 等）。溶液桶１中的Ｍ１化学液由泵经过过滤后进 ２）ＤＩ水喷淋，进行化学液１冲洗去除。两体阀 组Ｆ口打开，ＤＩ水经喷嘴对硅片两面进行冲洗，去 人四体阀组Ａ口，Ａ口打开后，进入喷嘴喷淋进入腐 蚀腔体，与晶片双面接触发生反应。同时，反应残余 的化学液Ｍ１经管路进入五体阀组，可以根据经验 判断此时溶液浓度，并决定是进行回收或者排放。 当溶液需要回收时，五体阀组Ｇ口打开，废液回收进 除环节１残余的化学液。废水经打开的五体阀组Ｋ 口进入废液排放管路。 ３）化学液２喷淋，进行第二步刻蚀；溶液桶３的 Ｍ２化学液由泵经过滤后进入四体阀组，Ｂ口打开，经 清洗世界 第２期 喷嘴进入腔体与晶片表面材料发生反应。残余化学 液Ｍ２经五体阀组，可根据需要进行回收或者排放。 ４）ＤＩ水喷淋。工艺及作用同第１）步。 ５）热氮气烘干，冲洗干净后利用热氮气进行晶 片烘干。氮气经两体阀组Ｅ口后进行加热管加热， 学名：Ｉｎ２Ｏ３ＳｎＯ２。ＩＴＯ刻蚀液配比：ＨＣ１：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏ ＝９：１：６（体积比），刻蚀液浓度为（６．５－ｔ－０．５）ｍｏｌ／Ｌ。 ２）ＩＴＯ刻蚀机理：Ｉｎ２Ｏ３＋６ＨＣ１＝２ＩｎＣ１３＋ ３Ｈ２Ｏ２ＳｎＯ２＋８ＨＣＩ＝２ＳｎＣＬ４＋４Ｈ２ＯＩｎ２Ｏ３＋６ＨＮＯ３ ＝２Ｉｎ（ＮＯ３）３＋３Ｈ２Ｏ２ＳｎＯ２＋８ＨＮＯ３＝２Ｓｎ（ＮＯ３）４＋ 经喷嘴进入腔体对晶片进行烘干。 到此一个工艺循环结束，将晶片从反应腔中取 出，进行下一步环节。 ３ ＳＡＴ和ＳＳＴ的应用介绍 ＳＡＴ实际应用主要集中于金属刻蚀、氧化物刻 蚀、ＰＲ刻蚀、聚合物去除等工艺。下列是ＳＡＴ工作 台与实际工艺的结合应用。 （１）工作台实施ＲＣＡ工艺（ＬＥＤ行业的常用工 艺），下列是在反应腔中进行的化学或物理反应： １）溶液１，Ｈ ＳＯ 、Ｈ Ｏ 混合溶液，Ｈ２ＳＯ （９８％）： Ｈ２Ｏ：（３０％）＝４：１，温度为１３０ ｏＣ，时间为（１０～ １５）ｒａｉｎ。去除大块有机物和化学氧化硅片表面。 ２）超纯水清洗（实施ＱＤＲ功能）。 ３）ＤＨＦ溶液，Ｈ Ｏ：ＨＦ（４９％）＝５０：１，室温，时 间１０ Ｓ；去除氧化层。 ４）超纯水清洗，去除上一个工艺留在晶片表面 的残余溶液离子。 ５）ＳＣ１，Ｈ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２（３０％）：ＮＨ ＯＨ（２９％）＝ ５：１：１，温度为（７０～８０）℃，用于去除晶片表面颗粒。 ６）超纯水清洗，去除上一个工艺留在晶片表面 的残余溶液离子。 ７）ＳＣ２，Ｈ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２（３０％）：ＨＣ１（３７％）＝６：１：１， 温度７０℃。去除碱性金属离子及其氢氧化物，如 铝、锌、铁、锂、镍等。 ８）超纯水清洗，去除上一个工艺留在晶片表面 的残余溶液离子。 （２）ＩＴＯ刻蚀，用于ＬＥＤ，太阳能玻璃刻蚀。 １）ＩＴＯ中文名为氧化铟锡，ＩＴＯ薄膜是一种具有 电阻率低，透光性好，高温定性好及制备和图形加工 工艺简单等优点，是一种理想的透明电极材料。化 ４Ｈ２Ｏ。 （３）ＢＯＥ刻蚀，用于硅表面氧化物清洗去除 ］。 １）大多数先采用强氧化剂对硅进行氧化，用氢 氟酸与二氧化硅反应去掉二氧化硅层。 常用的刻蚀溶液为与氢氟酸和水（或者醋 酸）的混合溶液。发生反应后得到Ｈ ＳｉＦ ，易溶于 水。醋酸的作用可以抑制的分解，使的浓 度维持在较高的水平。当的浓度较低时，这时 有足够的ＨＦ来溶解ＳｉＯ ，反应速率由来决定； 当ＨＦ的浓度较低时，ｓｉ的反应速率取决于ＨＦ的浓 度，即速率取决于浓度较低者。 ２）通过缓冲氧化物刻蚀ＢＯＥ（ｂｕｆｆｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ ｅｔｃｈ）可以控制反应速率，ＢＯＥ成分：ＨＦ：ＮＨ Ｆ： Ｈ Ｏ，其中ＨＦ为４５％的浓氢氟酸，ＮＨ Ｆ在反应中 作为缓冲剂，氟化铵通过分解反应产生ＨＦ，从而维 持了ＨＦ的恒定的质量分数。 ＳＳＴ主要用于显影、去胶等有机溶液或弱碱性 溶液的工艺环节 Ｊ。在此介绍一种ＳＳＴ工作台在水 溶性干膜显影工艺中的应用。 水溶性干膜的显影液为１％～２％的污水碳酸钠 溶液，溶液温度为（３０～４０）℃。显影的速度在范围 内随温度升高而加快，不同的干膜显影温度略有差 别，需根据实际情况调整，温度过高会使膜缺乏韧性 而变脆。 显影机理是使感光膜中未曝光部分的活性基团 与稀碱液反应生成可溶性物质而溶解下来，显影时 活性基团羧基一ＣＯＯＨ与污水碳酸钠溶液中的钠离 子作用，生成沁水性基团一ＣＯＯＮａ。从而把未曝光 的部分溶解下来，而曝光部分的干膜不被溶胀。 （下转第１９页） 第３Ｏ卷 陈继明等．复合清洗技术在１ ０００万ｔ／ａ常减压装置停工中的应用 ・１９・ ５．６装置实施全清洗的效益 芯，这样也可以节省备用部件（如垫片和合格的螺 栓），节省的费用大约为３４万元。 重油系统清洗效益测算： （１）因为使用了油溶性清洗技术，清洗后系统内 （４）本次使用的全清洗药剂、人工等总共招投标 存油全部为催化柴油，即为轻质油，吹扫时间缩短 费用１３０万元。 ３．５天（８４ ｈ），节省吹扫蒸汽量约为３ ７８０ ｔ。共计 总计可以节省费用约为：７５．６＋１８０．８＋３４— 价值约７５．６万元。 １３０＝１６０．４（万元）。 （２）使用油溶性清洗后换热器不用进行抽芯水 总之，装置全清洗效果很好，达到了换热设备清 冲洗，整套装置抽检换热器２３台，未抽检的４４台换 洗干净，减轻劳动强度，缩短了停工吹扫时间，降低 热器节省的维修费用（３．５万／台）约１５４万元。抽 了换热设备开盖率，节省了检修费用和时间的目的； 检的换热器全部合格，不需清洗，节省水冲洗后的污 同时由于清洗效果好，检修现场清洁卫生。综合各 水处理费用（每台清洗产生大约２００ ｍ 废水，６７台 方面情况看，该清洗技术值得推广应用，尤其是像 共计１３ ４００ ｍ。，处理费２０ ｆｒ＿／ｍ。）约２６．８万元。共 １ ０００万ｔ／ａ常减压这样的大型有较长较完整循环流 计约１８０．８万元。 程的装置。 （３）使用油溶性清洗后，换热器不需要打开、抽 （上接第１０页） 显影操作在ＳＳＴ中进行，控制好显影液温度，传 ４ 结论 送速度，喷淋压力等显影参数，便能得到较好的显影 从以上的分析和比较可以看出，标准的ＳＡＴ工 效果。ＳＳＴ智能流量控制系统可以让显影过程中碳 作台可以适应多种半导体工艺，包括ＬＥＤ行业的 酸钠不断得到补充，并带有在线加热装置，保证了显 ＲＣＡ清洗工艺、ＩＴＯ薄膜刻蚀工艺、ＢＯＥ刻蚀工艺， 影工艺参数的准确性。 而ＳＳＴ则可用于显影工艺，光刻胶去除工艺。与传 对上述ＳＡＴ在ＲＣＡ清洗工艺、ＩＴＯ薄膜刻蚀工 统的清洗工作台＋甩干机清洗模式相比，ＳＡＴ和 艺、ＢＯＥ刻蚀工艺中的应用和ＳＳＴ在显影工艺中的 ＳＳＴ工作应用更广泛，可以达到“一机多用”的效果； 应用，溶液种类多（ＲＣＡ清洗工艺）的工艺可以采用 而另一方面，ＳＡＴ和ＳＳＴ智能的控制系统和高度集 扩展后的ＳＡＴ工作台来进行工艺的实施，溶液种类 中的反应腔模式，使得这两种工作台可以有效节省人 较少（ＩＴＯ刻蚀工艺）的可以采用单台ＳＡＴ进行工艺 工操作时间、净化间空间和耗材使用量，实现工厂的 实施。不论是单台的ＳＡＴ还是扩展后的ＳＡＴ工作 低投入高产出，提高竞争能力，所以，ＳＡＴ和ＳＳＴ工作 台，与传统的槽式清洗机＋甩干机的清洗模式相比， 台是晶片生产工厂批量生产的首要选择。 －ＳＡＴ与ＳＳＴ不仅可以节省厂房空间约６０％，更直接 参考文献 节约了人力操作成本，另外工艺溶液利用率更高，纯 ［１］Ｗｅｍｅｒ ｋｅｒｎ，陆晓东，伦淑娴，于忠党，周涛．半导体晶 水使用量也节约了４５％。显而易见，ＳＡＴ智能的控 片清洗［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１２．７． 制系统和多溶液反应腔集成的结构使其在批量生产 ［２］Ｓｔｅｐｈｅｎ Ａ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ，曾莹，严利人，王纪民，张伟．微 工艺中可以减少投入成本，扩大产出，更具有优竞争 电子制造科学原理与工程技术（第二版）［Ｍ］．北京：电 优势。 子工、【 出版社，２００３．１
