看圖讀懂半導體製造裝置

2-1 洗淨① 一般使用藥劑之化學性清除方法
1. 洗淨的目的
LSI 前段製程中會產生一些異物，如微粒子（雜質）、有機物質、金屬等，還有的會因為處理之裝置而產生（裝置中可動部位之零件材料摩擦、已成膜之薄膜剝離龜裂等）、因人體、衣服所產生的（汗水、皮屑、化妝品、纖維等）、以及其他在無塵室內構成材料所產生的異物，簡直可以說是琳瑯滿目。
在LSI 前段製程中會進行退火處理、蝕刻、薄膜形成等製程，但是在處理晶圓之際，若有異物附著於晶圓時，晶圓（矽晶）上所不必要的雜質就會被擴散，並且成為異物而被卡在薄膜與薄膜之間。結果造成電路圖形有所缺陷，這些不必要的雜質也會被矽晶與絕緣膜擴散出去，使我們無法獲得原先所期待的電路特性。
晶圓的洗淨製程，是指在進行晶圓處理之前，在不會造成傷害的情況下，去除附著於晶圓上異物的製程。
洗淨製程雖然佔了整個LSI 製程的20 ∼ 30% ，但是為了不讓晶圓上有多餘的材料或是形狀殘留，因此通常大多會在流程說明時予以省略。

2. 洗淨的方法
洗淨的方法可大致區分為化學分解，以及藉由物理力量去除的方法。此外，根據洗淨所使用的媒介不同，還可分為以藥水及純水的濕式洗淨製程，以及使用氧氣及臭氧的乾式洗淨製程。
通常我們會組合搭配使用上述這些方法來進行洗淨製程，一般會使用藥水來進行化學性分解、並去除這些雜質。藥水的成分有：硫酸與過氧化氫的混合液（SPM）、氫氧化銨與過氧化氫的混合液（APM）、鹽酸與過氧化氫混合液（HPM）等。
在APM 的洗淨製程中，使用會對矽晶表面產生強烈氧化效果的過氧化氫，過氧化氫會氧化矽晶表面，並產生矽氧化層。接著再藉由氫氧化氨去除該矽氧化層，異物即會浮出表面以方便清除，並兼具剝落效果（Lift-off Effect）。所謂剝落效果是指，將晶圓表面變薄後蝕刻，以去除表面異物之效果。使用氫氟酸溶液（DHF ： Dilute HydrofluoricCcid）的洗淨法即是使用氧化膜蝕刻、以去除異物的剝落效果。
我們會在金屬配線成形後的製程中，使用不會將鋁等配線金屬溶解的有機溶劑（乙醇類、丙酮類）。
物理性去除的洗淨法中，有一種是將高壓純水噴射至晶圓上以去除異物的噴射擦洗（Jet Scrub）洗淨法；另一種則是以電刷擦拭晶圓以去除異物的電刷擦洗（Brush Scrub）洗淨法。用化學方式洗淨後，也有不少會連續再以物理方式洗淨的情況。擦洗洗淨，由於是以純水在晶圓上擦洗，而晶圓上的絕緣膜本身即帶有電力，可能會因為局部放電而造成晶圓的損害。因此必須要調整噴射擦洗的壓力及純水的導電能力，電刷擦洗方面則需要考慮是否已經選擇了適當的電刷壓力等要件。
除了藥水外，另外加上超音波，亦可用於提高洗淨法的洗淨效果。這種洗淨方法，因為有超音波因此會使藥水中產生細微的空洞，藉由空洞破裂時的衝擊即可剝除附著於晶圓上的異物。也可以稱作是一種物理性的洗淨方法。
洗淨裝置方面，大多使用可依序將晶圓浸置於洗淨效果各異、並且擁有多個藥水槽，可以去除各種異物的濕式清洗台（Wet Bench）。
洗淨裝置主要是由藥水處理槽‧水洗‧乾燥系統、液體溫度控制系統、藥水供給、排放系統、搬運系統、排氣系統構成。
濕式清洗台洗淨裝置可分為配置有多個藥水槽的多槽浸置式（圖1-A）、僅有一個藥水槽，依序供應多種藥水的單槽式（圖1-B），以及在封閉的真空反應室（Chamber）內以噴嘴（Nozzle）噴射藥水等類型。單槽式的可以在每種藥水處理完後，以純水代替藥水進行清水洗淨，因此可以在不接觸到空氣的情況下清洗晶圓。
此外，也有單片清洗的葉片式洗淨。葉片式洗淨裝置是將每片晶圓放置於旋轉台上，使其旋轉並依序進行多種藥水的處理；除了有1∼ 2 槽的多種藥水處理裝置（圖1-C）外，也有一些是僅用來處理專用藥水的裝置。葉片式洗淨方法，也會有噴射擦洗，或是連續處理的情形。
乾式洗淨技術中也可分為：藉由紫外線照射、產生臭氧等分子，以分解、揮發有機物質之紫外線洗淨方式（圖1-D）；以氧氣等離子產生化學反應之等離子洗淨方式；非活性氣體（如：氬氣等）等離子之物理性洗淨方式（反濺鍍）；低溫煙霧（Aerosol）洗淨，以及超臨界洗淨等。

2-1 洗淨① 一般使用藥劑之化學性清除方法
1. 洗淨的目的
LSI 前段製程中會產生一些異物，如微粒子（雜質）、有機物質、金屬等，還有的會因為處理之裝置而產生（裝置中可動部位之零件材料摩擦、已成膜之薄膜剝離龜裂等）、因人體、衣服所產生的（汗水、皮屑、化妝品、纖維等）、以及其他在無塵室內構成材料所產生的異物，簡直可以說是琳瑯滿目。
在LSI 前段製程中會進行退火處理、蝕刻、薄膜形成等製程，但是在處理晶圓之際，若有異物附著於晶圓時，晶圓（矽晶）上所不必要的雜質就會被擴散，並且成為異物而被卡在薄膜與薄膜之間。結果...

21世紀的今日，資訊化的浪潮正衝擊整個世界。

　　使用個人電腦的網際網路、以行動電話為代表的行動儀器等，皆以相當快的速度普及，從資訊與家電業的茁壯，資訊化的波浪已拍打著業界與一般的社會活動，甚至於個人的生活，而使人感受深切。

　　另外，作為網路中每一個要角的電子儀器，也隨著日益多功能化、高性能化而逐漸的塑造出另一個新貌，成為更具智慧且更為複雜的系統。

　　之所以能夠出現這種電子儀器，或者使電子儀器帶來進步，其基石則為作為核心主角的關鍵元件─半導體以及藉由半導體而開花結果的「積體電路（IC）」。

　　半導體就如同「米」或「原油」一般，已廣泛地滲透於整個社會，而成為現代社會的主要支柱之一。但除了一部份人士之外，相信絕大部分的人都尚未清楚了解半導體的實體。

　　因此，依據本人長期在半導體產業中接觸的經驗與體驗，嘗試編寫這本書，希望能使更多的人能夠對半導體（IC）有更深一層的認識。

　　當所有的相關技術皆已深具基礎之後，才有可能在專門技術上深耕，「彙集各種技術」之後，才能夠誕生半導體。本書中的內容至少已掌握這一原則，也希望能夠作為對半導體已具有一定基礎者的參考資料。

　　最後，對於執筆本書編寫之際給予熱誠鼓勵的朋友們一併上謝忱。

21世紀的今日，資訊化的浪潮正衝擊整個世界。

　　使用個人電腦的網際網路、以行動電話為代表的行動儀器等，皆以相當快的速度普及，從資訊與家電業的茁壯，資訊化的波浪已拍打著業界與一般的社會活動，甚至於個人的生活，而使人感受深切。

　　另外，作為網路中每一個要角的電子儀器，也隨著日益多功能化、高性能化而逐漸的塑造出另一個新貌，成為更具智慧且更為複雜的系統。

　　之所以能夠出現這種電子儀器，或者使電子儀器帶來進步，其基石則為作為核心主角的關鍵元件─半導體以及藉由半導體而開花結果的「積體電路（IC）」。...

前言

第1章　概觀半導體製程
1-1　前段製程與後段製程
前段製程安裝元件、配線；後段製程進行組裝、選別、檢驗等 8
1-2　元件形成製程(前段製程 FEOL) 1
從晶圓洗淨、氧化到閘極氧化層之形成 12
1-3　元件形成製程(前段製程 FEOL) 2
閘極多結晶矽之形成到埋設接觸孔 16
1-4　配線形成製程(前段製程 BEOL)
　　 將電晶體等以金屬配線、接續後形成迴路 20
1-5　晶圓電路檢查製程
確認埋入晶圓內晶片迴路特性，判定其優、劣 24
1-6　組裝製程(後段製程)
將優質的晶片與外埠端子連接，用薄膜來保護晶片 26
1-7　選別、檢驗製程(後段製程)
逐個檢查已完成之LSI電力特性、尺寸、外觀 28
Column 新材料、新技術持續登場 29
1-8　製造流程與所使用之裝置
各元件構成零組件之流程概觀 30

第2章　前段製程(洗淨 ~ 曝後烤)之主要製程與裝置
2-1　洗淨 1
　　 一般使用藥劑之化學性清除方法 40
2-2　洗淨 2
晶圓洗淨技術與新興洗淨技術 43
2-3　乾燥
晶圓處理後務必要水洗、乾燥 45
2-4　氧化
將晶圓矽表面轉換為矽氧化層 47
2-5　化學氣相沈積(CVD) 1
讓反應瓦斯進行化學反應，沉積出膜 49
2-6　化學氣相沈積(CVD) 2
ALD與Cat-CVD 52
2-7　光阻蝕劑塗佈
圖形(pattern)加工前之光阻蝕劑塗佈 54
2-8　預烤
將光阻蝕劑稍微加熱 56
2-9　曝光 1
步進機(stepper) 、掃描機(scanner)、液浸曝光裝置 57
2-10　曝光 2
EUV與圖形解析度提升技術 59
2-11　曝光 3
電子束曝光裝置 62
Column 曝光裝置方式 63
2-12　顯像．曝後烤
　　 在光阻蝕劑上製作圖形，燒刻 64

第3章　前段製程(乾式蝕刻~金屬鍍膜) 之主要製程與裝置
3-1　乾式蝕刻 1
　　 反應性離子蝕刻裝置 72
3-2　乾式蝕刻 2
非等向性蝕刻與等向性蝕刻 74
3-3　抗蝕劑剝離．灰化
去除不要之光阻蝕劑 76
3-4　CMP
表面研磨、平坦化 78
3-5　濕式蝕刻
整體蝕刻之主要用途 80
Column 矽化物技術 82
3-6　不純物質(雜參)導入裝置 1
離子佈植 83
Column 離子佈植光罩 84
3-7　不純物質(雜參)導入裝置 2
新的不純物質導入技術 85
3-8　氧化層蝕刻(反蝕刻)
閘極側璧以自我對準方式形成絕緣膜 87
3-9　PVD(物理氣相沉積)裝置 1
濺鍍 88
3-10　PVD(物理氣相沉積)裝置 2
各種PVD技術 91
3-11　熱處理(退火)
非活性氣體中之晶圓熱處理 93
3-12　鍍膜
將配線用的銅金屬做全面性的鍍膜 95
3-13　其他技術．裝置 1
磊晶沉積、熱擴散 97
3-14　其他技術．裝置 2
絕緣膜塗佈、奈米壓印 99

第4章　後段製程(切割~接合) 之主要製程與裝置
4-1　封裝 1
封裝的種類與特徵 108
4-2　封裝 2
從實裝技術來看半導體封裝的趨勢 112
Column 為何需要高密度實裝技術 115
4-3 　LSI後段製程方法
將LSI裝置以封裝方法收? 116
4-4　研磨
薄化矽晶圓 118
4-5　切割
將矽晶圓分割為單個積體電路 120
Column 藉由超純水洗淨破壞半導體晶片的靜電 123
4-6　黏晶
將分割後的半導體晶片搭載於封裝基板 124
4-7 　打線接合
將分割後的半導體晶片與外部電力連接 126
Column 未來的新型態打線接合技術 129
4-8　無接線接合
　　 將半導體晶片與外部電力以無接線方式接合 130

第5章　後段製程(樹脂封裝、端子加工、檢查)之主要製程與裝置
5-1　樹脂封裝 1
　　 導線架型封裝之傳送模塑樹脂封裝裝置 140
Column 為何無鉛對環境保護來說是必要的？ 142
5-2　樹脂封裝 2
　　 僅有基板單邊設有縫細，可以樹脂封裝金屬方式注入樹脂 144
5-3　導線架式封裝端子加工
　　 鍍、導線成形裝置 146
5-4　BGA式封裝端子加工
　　 附有球型、封裝切斷．分離 152
5-5　標記(Marking)
　　 於封裝產品上標記姓名與地址 154
5-6　無接線接合中具有代表性之後段製程製造方法案例
　　 TBGA與FCBGA 156
5-7　3D晶片堆疊構裝
　　 晶片堆疊之高密度、高性能化 160
Column 何謂半導體~機器組合系統之統合設計 163
5-8　晶圓階段之封裝
　　 後段製程中，直接以擴散製程製造晶圓的方式
Column 裸晶封裝所需要的KGD 167
5-9　半導體檢查製程
　　 LSI檢查 168

索引 176

前言

第1章　概觀半導體製程
1-1　前段製程與後段製程
前段製程安裝元件、配線；後段製程進行組裝、選別、檢驗等 8
1-2　元件形成製程(前段製程 FEOL) 1
從晶圓洗淨、氧化到閘極氧化層之形成 12
1-3　元件形成製程(前段製程 FEOL) 2
閘極多結晶矽之形成到埋設接觸孔 16
1-4　配線形成製程(前段製程 BEOL)
　　 將電晶體等以金屬配線、接續後形成迴路 20
1-5　晶圓電路檢查製程
確認埋入晶圓內晶片迴路特性，判定其優、劣 24
1-6　組裝製程(後段製程)
將優質的晶片與...