一個月前的2022年8月9號，美國總統(tǒng)拜登正式簽署了《芯片與科學法案》。在對美國半導體產業(yè)進行542億美元的扶持之下，法案也明確表示：“受到補貼的企業(yè)十年內不能在中國及相關國家就半導體產業(yè)進行重大擴張”。同時美國還與韓國等其他半導體產業(yè)強國結成芯片聯盟，動作頻繁。
未來我國發(fā)展國產芯片替代進口芯片已成定局，相關產業(yè)應用亟待發(fā)展。水滴激光作為國內激光清洗領域的領軍者和先行者，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)中應用的可能，希望為加快我國半導體行業(yè)的發(fā)展盡綿薄之力。
晶圓清洗工藝
在芯片制造業(yè)中，半導體清洗貫穿產業(yè)始終，步驟占總生產流程30%以上，是影響晶圓片質量和芯片性能的關鍵工藝，擁有400億以上的市場空間。雖然在重要性和設備市場規(guī)模上不如光刻機等核心設備，但作為不可替代的一環(huán)，對芯片生產的良品率和廠商經濟效益都有著至關重要的影響。
目前隨著芯片制造工藝先進程度的持續(xù)提升，對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次數最多的，且未來還將進一步增加。
晶圓清洗工序簡圖
在2018年工藝節(jié)點達到10nm時，硅片對清洗參數的要求就達到了一定高度：表面顆粒及COP密度小于0.1個/c㎡，表面臨界金屬元素密度小于2.5*10?at/c㎡。目前國內企業(yè)少數能做到14nm的工藝節(jié)點，而像臺積電、三星等已經可量產3nm，在向2nm發(fā)起沖擊，對清洗的要求只會更高。
目前晶圓片的清洗方式有浸泡、旋轉噴淋、機械刷洗、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合的方式，濕法清洗是主流，但會對材料有輕微損害，例如產生圖形損傷、COP（100nm左右的空洞）等，干法清洗作為更加清潔的清洗技術在產線中部分應用，前景更加被看好。
激光清洗作為干法清洗的一種，對于晶圓片生產工序中表面的污染——如粉塵顆粒、金屬、有機物、氧化物等都有良好的清洗效果，且精度效果更加可控，但目前國內尚無較為成熟的應用實例，水滴激光拋磚引玉，分享我們對晶圓片表面粗加工的試驗工藝報告，希望未來激光清洗能進一步參與到芯片制造環(huán)節(jié)中。
水滴激光晶圓清洗報告
清洗對象：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
試驗過程：
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。
圖1 樣品原始表面狀態(tài)
2）工藝窗口研究
表1為試驗過程采用的激光清洗工藝參數，圖2、圖3分別為對應的不同參數下激光清洗表面宏觀形貌及微觀形貌。
通過優(yōu)化激光清洗工藝參數，晶圓表面的覆蓋物需要分層清洗三遍，第一遍采用TS1參數去除晶圓表面的玻璃層，第二遍和第三遍采用TS2參數去除晶圓表面的漆層。清洗效果如圖2所示。
實驗過程采用較高功率參數，嘗試通過清洗兩遍工藝去除晶圓表面覆蓋層，發(fā)現存在無法清洗干凈或損傷晶圓基材的現象，目前的實驗通過三遍清洗效果最佳。
表1 激光清洗工藝參數
圖2 不同工藝參數激光清洗后晶圓表面宏觀形貌
圖3為不同工藝參數激光清洗得到的晶圓表面顯微形貌，TS1參數激光清洗后，樣品表面的玻璃層完全去除，露出底部漆層。TS2參數清洗一遍，得到的晶圓表面有漆層殘留，TS2參數清洗兩遍，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)進一步測試，以判斷該晶圓表面狀態(tài)是否滿足生產要求。
圖3 不同工藝參數激光清洗后晶圓表面顯微形貌
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