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0 引言
清洗是半导体材料、器件加工中使用最频繁的工序。由于器件尺寸不断减少，对抛光Si片表面质量要求越来越严，免洗Si抛光片表面质量对抛光后的最终清洗提出了严格的要求，最终清洗的目的是去除晶圆表面颗粒、有机物、金属离子等杂质，控制表面微粗糙度，此外保证成品Si片在库存期间不因时间雾问题而使表面品质下降也至关重要。时间雾是指在包装盒内存放一段时间后，Si片表面发生变化，出现表面颗粒(>0.12μm)数增加的情况，这些颗粒在强聚光灯下发生散射，使Si片表面呈现雾状的外观。本文对以IPA(异丙醇)VAPOR DRYER干燥结束的抛光Si片出现的时间雾进行分析，提出通过采用纯水加热系统消除因季节变化造成的纯水温度波动，解决了Si片表面化学残留引起的时间雾问题。
1 OPSC(ozone polished slice clean)清洗工艺
1.1通过四个串联的SC-1槽(65℃)辅以兆声功能有效去除颗粒。
1.2使用HCl槽消除表面金属沾污。
1.3臭氧超纯水工艺生成均匀的Si片表面氧化膜，并去除有机沾污。
1.4不同化学槽之间都有纯水溢流槽的漂洗，溢流时间300 s。
1.5清洗后Si片由IPA DRYER进行干燥。
2 IPA DRYER干燥工艺
Si片干燥使用IPA Vapor Spray Dryer GT-200-SD，每次可以处理50片Si片，干燥过程是在一个由上盖密封的石英腔体内进行，IPA蒸气产生于一个加热的IPA蒸气发生腔，干燥过程分两个步骤：
(1)IPA蒸气被热N2携带到干燥腔，从石英管微孔中呈雾状喷出，IPA蒸气冷凝到Si片表面，降低Si片表面水膜的表面张力，使水膜脱离Si片。
(2)热N2通入干燥腔，使Si片表面残留的IPA蒸发，Si片得到彻底干燥。
3 时间雾的实验分析
Si片清洗后在库存期间于固定位置出现斑点状时间雾，这个位置正是Si片处于干燥时的最下端边缘，经过分析认为此处残留的杂质含量要高于Si片表面其他区域。W．Kern证明RCA工艺可在Si片的表面形成1～1.5 nm的氧化Si钝化膜，这层氧化膜使Si片表面为亲水表面，所以Si片从纯水槽出来表面有一层水膜，IPA蒸气冷凝在Si片表面水膜上，不断沿Si片表面向下滴落，观察发现在此过程中，Si片的最下端始终附着有一滴液珠，直到热N2干燥阶段才得以干燥。
时间雾的起因有多种，有时是几种因素综合作用所致。例如从包装片盒材质中释放出的添加剂有机物污染，清洗过程残留的化学沾污，环境潮气的增加，离子的污染等。为了调查出雾的Si片受到何种化学物质的污染，使用Total reflection X-rayfluorescence spectrometer TREX 610(TECHNORAYS)对出雾Si片和无雾Si片表面进行金属离子含量和无机离子含量的测试。数据对比结果表明，两种Si片表面多种金属离子含量正常，并处于一个数量级水平，而Cl-含量却有显著的差别，两片出雾Si片平均水平分别为1 070..5043×1010 atoms／cm2(图1(a))和735.235 0×1010 atoms／cm2(图1(b)，两片无雾Si片平均水平分别为137.457 6×1010atoms／cm2(图2(a))和63.682 7×1010 atoms／cm2(图2(b))。
根据出雾机理和测试结果进行分析，认为在Si片下端附着的液珠中溶解有Cl-等不易挥发性物质，N2干燥阶段液珠蒸发后，不易挥发物质以较高的浓度残留在Si片表面，库存期间吸附包装盒内空气中的水分子，逐渐形成颗粒，沉积在Si片表面。而Cl-可能来源于HCl清洗槽和所使用的IPA原材料，通过实验对比使用DONGWOO MB-H级和TOKUSO Super Electronic Grade级两种IPA原材料对时间雾的影响，排除了IPA是污染源的可能，残留Si片表面的Cl-应主要来自HCl槽的HCl溶液。
检查发现这种时间雾问题只发生在冬季。由于季节的不同，进行测试的两片出雾Si片当时清洗的纯水温度为16.3 ℃，两片无雾Si片清洗的纯水水温为18.6℃(清洗两种Si片时HCl槽使用相同的配比溶液)。由此看出纯水温度对Si片在清洗中引入的表面化学残留浓度有很大的影响。
4纯水加热系统的使用
处于热水中的分子和凉水中的分子相比具有更高的动能活性，在溢流槽纯水流量和处理时间相同的条件下，使用热纯水能够较快稀释去除Si片表面的化学残留。在HCl槽清洗后，Si片需要经过纯水溢流槽的漂洗再进行IPA干燥。虽然延长纯水漂洗的时间最终也能达到满意的化学残留去除效果，但势必较大地增加纯水的消耗；而HCl槽HCl浓度的下降将导致去除Si片表面金属离子能力的降低，所以工艺仍然保持了原有的HCl槽浓度配比。
最为理想的方案是对漂洗使用的纯水进行加热。纯水加热设备为AQUARIUS DIW Heating SystemPF1000，该设备安装有进口和出口纯水温度探头，以及纯水流量传感器，温控系统按照KW=GPM×(△T／3.79)来调节加热器功率，实现当水压出现波动时也能保持稳定的出口温度，精度达到±1℃。式中：KW为加热器功率；GPM为通过加热器的纯水流量gal／min；△T为加热器纯水出口温度和进口温度的温差，单位为℃。
工艺设定加热系统出口温度为23 ℃，经过生产实践，提升纯水温度完全解决了冬季出现的时间雾问题，同时Si片表面化学残留浓度也得到了更好的控制，Cl-的残留浓度下降到1×1011atoms／cm2以下。
5 结语
清洗使用的纯水温度受季节影响出现波动，纯水槽对Si片表面化学残留去除的效率因水温的下降而有所降低，并由此造成了时间雾缺陷。经过采用纯水加热系统对纯水升温，使纯水稳定保持在工艺需求温度。实际的生产结果显示，不仅消除了时间雾缺陷，并且使对Si片表面化学残留浓度的控制得到了极大地提高。由于纯水温度的提升增强了漂洗能力，漂洗时间就可以相应缩短，因此对于Si行业生产中其他工序的清洗，对纯水适当升温也不失为一种减少纯水消耗、提高经济效益的有效措施。
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