一直以來,引領濕式處理市場的是批式處理技術(即在一個處理倉中,利用浸泡方法同時清洗多只晶圓的技術)。每一代工藝應用,這種高產能的方法曾經證明了其有效性和極高的生產力。但是整個半導體行業正在歷經重要的技術轉型期,傳統的批式處理方法已經越來越無法適應濕式清洗應用,制造工藝過程需要其它新型清洗步驟,從而確保重要的器件規格、性能以及可靠性不會因污染物的影響而大打折扣。此外,批式濕式處理無法滿足如快速熱處理(RTP)等工藝的關鍵擴散和CVD技術。
成品率是轉型到單晶圓技術的另一個重要原因,通過使用單晶圓技術可以有效提高100nm及其以下工藝的成品率。對于更小線寬尺寸的300mm晶圓,晶圓的成本太高,以至于可能損失整只晶圓或一整批晶圓的風險也極高。使用單晶圓技術將使制造商能夠在更小規模的生產線上以更少的設備投入生產出與大型生產線數量相同的芯片。
因此,代工廠和IDM都逐步傾向于單晶圓濕式清洗處理技術,以降低重要的清洗過程中交叉污染的風險(包括晶圓對晶圓以及批次對批次的交叉污染)。單晶圓處理技術與批式處理系統競爭的關鍵之處在于產能,即它必須能夠達到要求的濕式清洗平臺每小時150-200只晶圓的
產能。同時,單晶圓處理技術還必須能夠適應未來的技術標準,能夠與新型材料和工藝過程兼容,進而降低用戶的擁有成本(CoO)。
向單晶圓清洗技術的衍變得到了來自日本、臺灣和新加坡的極大推動,在這一區域,單晶圓清洗設備的擁有量高達三分之一(占全球總量的20-25%)。目前,隨著整個半導體行業持續復蘇,我們相信:到2008年,單晶圓濕式處理技術將占整個濕式處理設備市場45%的市場份額,總金額將達到6億3千萬美元。
單晶圓清洗應用
在執行晶圓的前段工藝過程(FEOL)和后段工藝過程(BEOL)時,晶圓需要經過無數次的清洗步驟,清洗的次數取決于晶圓的設計和互連的層數。此外,由于清洗工藝過程不僅要剝離晶圓表面的光刻膠,同時還必須去除復雜的蝕刻殘余物質、金屬顆粒以及其它污染物等,因此,需要更新、更精細的化學試劑。而且這些工藝過程和化學試劑必須與銅、低k電介質和其它新型材料兼容。
單個晶圓清洗的方法同時也為整個制造周期提供了實現更好的工藝過程控制的機會,改善了單個晶圓以及晶圓對晶圓的均一性,進而提高了良率。更大的晶圓尺寸、更緊縮的設計規格無一不加速了半導體制造對單晶圓濕式清洗處理技術的采用,以減小關鍵清洗過程中的交叉污染。而如果采用批式處理方法,污染物問題可能會危及每個晶圓的質量,進而危及整批晶圓的良率,這將導致芯片制造商高成本的返工。
單晶圓清洗技術處理也更適于向銅和低k值電介質等新型材料過渡。在前段工藝過程FEOL清洗,特別是氮化物和氧化物的去除、光刻膠剝離以及高k值材料的應用等方面,批式處理仍然占主導地位。而背面應用則以單晶圓方法為主導,在后段工藝過程BEOL清洗應用市場占50%的份額。然而,隨著整個半導體行業向65nm工藝衍變、單晶圓設備在擁有成本CoO上得以改進時,邏輯芯片制造商都期望在前段工藝過程FEOL采用單晶圓清洗方式,不久的將來存儲芯片供應商也將采用單晶圓方式。
單晶圓清洗工作原理
SEZ的單晶圓自旋蝕刻架構由一個處理反應室、一個獲專利的晶圓卡具/卡盤(即,晶圓固定裝置)和一個介質分配裝置組成。晶圓卡具、處理反應室、以及垂直排列的處理方法和全自動化晶圓傳輸系統的組合實現了優異的工藝水平。在處理過程中,將晶圓要被處理的一面朝上放置于卡具之上,晶圓始終浮動于旋轉的卡具上,而不會被觸碰到。在整個工藝過程中,氮氣襯墊將保護接觸卡具的一面,從而免去了傳統的工藝過程中保護晶圓的預處理和后處理步驟。