Trong quá trình chuẩn bị các thiết bị bán dẫn, độ sạch bề mặt của wafer và các bộ phận trực tiếp xác định tỷ lệ tốt và hiệu suất của chip. Phương pháp làm sạch ướt truyền thống dễ dàng dư lượng thuốc thử hóa học, khó xử lý cấu trúc mịn micron, trong khi máy làm sạch plasma dựa trên đặc tính xử lý khô, không bị hư hỏng và độ chính xác cao, trở thành thiết bị xử lý bề mặt quan trọng trong liên kết sản xuất chất bán dẫn. Nó được sử dụng rộng rãi trong tiền xử lý in thạch bản, kích hoạt trước khi liên kết, đóng gói và loại bỏ keo và các quy trình quan trọng khác.

I. Nguyên tắc làm việc cốt lõi của máy làm sạch plasma

Cốt lõi của máy làm sạch plasma là kích thích khí làm việc thông qua nguồn điện tần số vô tuyến để ion hóa nó thành plasma bao gồm các electron, ion, gốc tự do, v.v. Các hạt hoạt tính này có hoạt tính hóa học và động năng vật lý cao, cho phép làm sạch bề mặt theo hai cách:

1. Tác dụng khắc vật lý: Các ion năng lượng cao trong plasma bắn phá bề mặt được làm sạch ở tốc độ cao dưới tác động của điện trường, tước bỏ các hạt ô nhiễm gắn liền, chất kết dính hữu cơ và các vật lý khác, để đạt được hiệu quả làm sạch giống như "phun cát khô". Và tính đồng nhất khắc có thể được kiểm soát ở cấp độ nano, không làm hỏng vật liệu cơ bản.

2. Tác dụng phản ứng hóa học: oxy, hydro, argon và các loại khí làm việc khác được lựa chọn theo nhu cầu làm sạch, phản ứng hóa học có thể xảy ra. Ví dụ, plasma oxy có thể oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ thành CO ₂ và H₂ O và tách ra, plasma hydro có thể loại bỏ lớp oxy hóa trên bề mặt kim loại, khí hỗn hợp có thể làm sạch và sửa đổi bề mặt.

II. Kịch bản ứng dụng điển hình trong sản xuất chất bán dẫn

1. tiền xử lý wafer trước khi quá trình in thạch bản

Trước khi sơn, nếu có vết dầu nhỏ, hơi nước hoặc lớp oxy hóa trên bề mặt wafer, nó sẽ gây ra lớp phủ không đồng đều và biến dạng chuyển mô hình. Máy làm sạch plasma có thể hoàn thành việc sửa đổi hydrophobic-hydrophilic của bề mặt wafer trong 30-60 giây, đồng thời loại bỏ các chất gây ô nhiễm cấp nano, làm cho độ bám dính của thạch cao và đế wafer tăng hơn 30%, làm giảm đáng kể tỷ lệ lỗi của quy trình in thạch cao.

2. Kích hoạt bề mặt của liên kết wafer và liên kết đóng gói

Trong quá trình liên kết wafer (chẳng hạn như liên kết silicon-silicon, liên kết tích hợp không đồng nhất), hoạt động bề mặt không đủ có thể dẫn đến các vấn đề như độ bền liên kết không đủ, khoảng trống giao diện, v.v. Bằng cách xử lý plasma hỗn hợp khí argon với oxy, một số lượng lớn các nhóm hoạt động như hydroxyl và carboxyl có thể được giới thiệu trên bề mặt wafer, làm cho lực liên kết của giao diện liên kết đạt đến mức megapascal và đáp ứng yêu cầu đóng gói độ tin cậy cao. Ngoài ra, trong quá trình khử keo đóng gói chip, làm sạch plasma có thể thay thế khử keo ướt truyền thống, tránh dư lượng hóa học của khoang đóng gói và nâng cao tỷ lệ đóng gói tốt.

3. Làm sạch chính xác các bộ phận bán dẫn

Các bộ phận chính xác của thiết bị sản xuất chất bán dẫn (chẳng hạn như cốc hút của máy cân bằng keo, vòi phun của máy phát triển) nếu keo dư, hạt được gắn vào, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của quá trình. Máy làm sạch plasma có thể làm sạch các bộ phận cấu trúc phức tạp và không cần tháo rời, vừa đảm bảo độ chính xác làm sạch, vừa rút ngắn chu kỳ bảo trì thiết bị.

III. Các chỉ số kỹ thuật chính cho việc lựa chọn thiết bị

1. Tính đồng nhất của plasma: Đối với wafer kích thước lớn (chẳng hạn như 12 inch), cần đảm bảo độ lệch mật độ plasma trong khoang ≤5%, nếu không nó sẽ dẫn đến hiệu quả làm sạch không đồng đều, ảnh hưởng đến tính nhất quán của chip.

2. Công suất và tần số cung cấp RF: Tần số vô tuyến tần số thấp (27MHz) phù hợp với nhu cầu khắc vật lý, tần số vô tuyến tần số cao (13,56MHz) phù hợp hơn để làm sạch loại phản ứng hóa học, một số thiết bị được trang bị tần số vô tuyến tần số kép, có thể đạt được điều khiển chính xác khắc và sửa đổi.

3. Buồng chân không và hệ thống điều khiển khí: ổn định chân không trong khoảng 10-100Pa có thể đảm bảo sự ổn định của plasma, bộ điều khiển lưu lượng chất lượng chính xác cao (MFC) có thể đạt được điều chỉnh chính xác tỷ lệ phối khí đa dạng, đáp ứng nhu cầu công nghệ đa dạng.

4. Không có khả năng xử lý thiệt hại: chống lại chất nền linh hoạt dễ bị tổn thương hoặc thiết bị nhạy cảm, cần được trang bị chế độ plasma năng lượng thấp, điều khiển năng lượng bắn phá ion dưới 10eV, tránh thiệt hại mạng tinh thể vật liệu cơ bản.

IV. Xu hướng phát triển công nghệ

Khi quá trình bán dẫn tiến hóa đến các nút 3nm trở xuống, máy làm sạch plasma đang hướng tới tính đồng nhất cao hơn, thiệt hại thấp hơn và điều khiển thông minh hơn. Một mặt, cấu trúc khoang sử dụng thiết kế điện cực tần số vô tuyến phân tán, kết hợp với công nghệ mô phỏng plasma, để đạt được việc làm sạch đồng đều toàn khu vực của wafer trên 200mm; Mặt khác, thiết bị tích hợp hệ thống vòng khép kín quy trình AI, có thể tự động điều chỉnh công suất, tỷ lệ khí theo các thông số plasma được giám sát trong thời gian thực để đạt được tối ưu hóa thích ứng của quy trình. Đồng thời, thiết kế xanh đã trở thành một xu hướng mới, tiêu thụ điện năng thấp RF cung cấp điện và hệ thống khí làm việc có thể tái chế, có thể làm giảm tiêu thụ năng lượng toàn diện của thiết bị và chi phí bảo vệ môi trường.

Máy làm sạch plasma đóng vai trò là "chuyên gia làm sạch và sửa đổi bề mặt" trong sản xuất chất bán dẫn, và các lần lặp lại công nghệ của nó luôn ở cùng tần số với việc nâng cấp quy trình sản xuất chip. Trong tương lai, với sự phổ biến của bao bì, tích hợp không đồng nhất và các công nghệ khác, thiết bị làm sạch plasma sẽ đóng một vai trò không thể thay thế trong nhiều kịch bản công nghệ hơn, xây dựng cơ sở công nghệ cho sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp bán dẫn.