一個(gè)月前的2022年8月9號(hào)，美國(guó)總統(tǒng)拜登正式簽署了《芯片與科學(xué)法案》。在對(duì)美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行542億美元的扶持之下，法案也明確表示：“受到補(bǔ)貼的企業(yè)十年內(nèi)不能在中國(guó)及相關(guān)國(guó)家就半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重大擴(kuò)張”。同時(shí)美國(guó)還與韓國(guó)等其他半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)結(jié)成芯片聯(lián)盟，動(dòng)作頻繁。
未來(lái)我國(guó)發(fā)展國(guó)產(chǎn)芯片替代進(jìn)口芯片已成定局，相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用亟待發(fā)展。水滴激光作為國(guó)內(nèi)激光清洗領(lǐng)域的領(lǐng)軍者和先行者，也在持續(xù)的投入研發(fā)成本，探索著激光清洗在芯片制造業(yè)中應(yīng)用的可能，希望為加快我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展盡綿薄之力。
晶圓清洗工藝
在芯片制造業(yè)中，半導(dǎo)體清洗貫穿產(chǎn)業(yè)始終，步驟占總生產(chǎn)流程30%以上，是影響晶圓片質(zhì)量和芯片性能的關(guān)鍵工藝，擁有400億以上的市場(chǎng)空間。雖然在重要性和設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模上不如光刻機(jī)等核心設(shè)備，但作為不可替代的一環(huán)，對(duì)芯片生產(chǎn)的良品率和廠商經(jīng)濟(jì)效益都有著至關(guān)重要的影響。
目前隨著芯片制造工藝先進(jìn)程度的持續(xù)提升，對(duì)晶圓表面污染物的控制要求不斷提高，每一步光刻、刻蝕、沉積等重復(fù)性工序后，都需要一步清洗工序，可以確定的是，清洗工序是所有工藝中出現(xiàn)次數(shù)最多的，且未來(lái)還將進(jìn)一步增加。
晶圓清洗工序簡(jiǎn)圖
在2018年工藝節(jié)點(diǎn)達(dá)到10nm時(shí)，硅片對(duì)清洗參數(shù)的要求就達(dá)到了一定高度：表面顆粒及COP密度小于0.1個(gè)/c㎡，表面臨界金屬元素密度小于2.5*10?at/c㎡。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)少數(shù)能做到14nm的工藝節(jié)點(diǎn)，而像臺(tái)積電、三星等已經(jīng)可量產(chǎn)3nm，在向2nm發(fā)起沖擊，對(duì)清洗的要求只會(huì)更高。
目前晶圓片的清洗方式有浸泡、旋轉(zhuǎn)噴淋、機(jī)械刷洗、超聲、兆聲、等離子、氣相、束流等，主要采用濕法清洗和干式清洗相結(jié)合的方式，濕法清洗是主流，但會(huì)對(duì)材料有輕微損害，例如產(chǎn)生圖形損傷、COP（100nm左右的空洞）等，干法清洗作為更加清潔的清洗技術(shù)在產(chǎn)線中部分應(yīng)用，前景更加被看好。
激光清洗作為干法清洗的一種，對(duì)于晶圓片生產(chǎn)工序中表面的污染——如粉塵顆粒、金屬、有機(jī)物、氧化物等都有良好的清洗效果，且精度效果更加可控，但目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)較為成熟的應(yīng)用實(shí)例，水滴激光拋磚引玉，分享我們對(duì)晶圓片表面粗加工的試驗(yàn)工藝報(bào)告，希望未來(lái)激光清洗能進(jìn)一步參與到芯片制造環(huán)節(jié)中。
水滴激光晶圓清洗報(bào)告
清洗對(duì)象：晶圓試片
激光清洗系統(tǒng)：水滴激光清洗系統(tǒng)
客戶要求：清除晶圓表面覆蓋物，露出晶圓基材
試驗(yàn)過(guò)程：
1）樣品表面狀態(tài)分析
晶圓原始表面有兩層覆蓋物，頂層為透明的玻璃，玻璃下面為黃綠色漆層。如圖1所示。樣品邊緣有一些分布不均勻的白色物質(zhì)。
圖1 樣品原始表面狀態(tài)
2）工藝窗口研究
表1為試驗(yàn)過(guò)程采用的激光清洗工藝參數(shù)，圖2、圖3分別為對(duì)應(yīng)的不同參數(shù)下激光清洗表面宏觀形貌及微觀形貌。
通過(guò)優(yōu)化激光清洗工藝參數(shù)，晶圓表面的覆蓋物需要分層清洗三遍，第一遍采用TS1參數(shù)去除晶圓表面的玻璃層，第二遍和第三遍采用TS2參數(shù)去除晶圓表面的漆層。清洗效果如圖2所示。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用較高功率參數(shù)，嘗試通過(guò)清洗兩遍工藝去除晶圓表面覆蓋層，發(fā)現(xiàn)存在無(wú)法清洗干凈或損傷晶圓基材的現(xiàn)象，目前的實(shí)驗(yàn)通過(guò)三遍清洗效果最佳。
表1 激光清洗工藝參數(shù)
圖2 不同工藝參數(shù)激光清洗后晶圓表面宏觀形貌
圖3為不同工藝參數(shù)激光清洗得到的晶圓表面顯微形貌，TS1參數(shù)激光清洗后，樣品表面的玻璃層完全去除，露出底部漆層。TS2參數(shù)清洗一遍，得到的晶圓表面有漆層殘留，TS2參數(shù)清洗兩遍，晶圓表面的漆層可以完全清除干凈，露出晶圓基材。激光清洗后需要后續(xù)進(jìn)一步測(cè)試，以判斷該晶圓表面狀態(tài)是否滿足生產(chǎn)要求。
圖3 不同工藝參數(shù)激光清洗后晶圓表面顯微形貌
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