সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদন প্রক্রিয়ার মধ্যে ভেজা পরিষ্কার (ওয়েট ক্লিন) একটি গুরুত্বপূর্ণ ধাপ, যার লক্ষ্য ওয়েফারের পৃষ্ঠ থেকে বিভিন্ন দূষক অপসারণ করা যাতে পরবর্তী প্রক্রিয়া পদক্ষেপগুলি একটি পরিষ্কার পৃষ্ঠে সম্পাদন করা যায়।
সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসের আকার সঙ্কুচিত হতে থাকে এবং নির্ভুলতার প্রয়োজনীয়তা বৃদ্ধি পায়, ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়াগুলির প্রযুক্তিগত চাহিদা ক্রমশ কঠোর হয়ে ওঠে। এমনকি ওয়েফার পৃষ্ঠের ক্ষুদ্রতম কণা, জৈব পদার্থ, ধাতব আয়ন বা অক্সাইডের অবশিষ্টাংশও ডিভাইসের কর্মক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করতে পারে, যার ফলে সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসের ফলন এবং নির্ভরযোগ্যতা প্রভাবিত হয়।
ওয়েফার পরিষ্কারের মূল নীতিমালা
ওয়েফার পরিষ্কারের মূল উদ্দেশ্য হলো ভৌত, রাসায়নিক এবং অন্যান্য পদ্ধতির মাধ্যমে ওয়েফারের পৃষ্ঠ থেকে কার্যকরভাবে বিভিন্ন দূষক অপসারণ করা যাতে পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণের জন্য উপযুক্ত ওয়েফারের পৃষ্ঠ পরিষ্কার থাকে।
দূষণের ধরণ
ডিভাইসের বৈশিষ্ট্যের উপর প্রধান প্রভাব
| দূষণ | প্যাটার্ন ত্রুটি
আয়ন ইমপ্লান্টেশন ত্রুটি
অন্তরক ফিল্ম ভাঙ্গনের ত্রুটি
| |
| ধাতব দূষণ | ক্ষার ধাতু | এমওএস ট্রানজিস্টর অস্থিরতা
গেট অক্সাইড ফিল্ম ভাঙ্গন/ক্ষয়
|
| ভারী ধাতু | পিএন জংশনের বিপরীত লিকেজ কারেন্ট বৃদ্ধি
গেট অক্সাইড ফিল্ম ভাঙ্গনের ত্রুটি
সংখ্যালঘু বাহকের জীবনকাল অবক্ষয়
অক্সাইড উত্তেজনা স্তর ত্রুটি উৎপন্নকরণ
| |
| রাসায়নিক দূষণ | জৈব উপাদান | গেট অক্সাইড ফিল্ম ভাঙ্গনের ত্রুটি
সিভিডি ফিল্মের বৈচিত্র্য (ইনকিউবেশন সময়)
তাপীয় অক্সাইড ফিল্মের পুরুত্বের তারতম্য (ত্বরিত জারণ)
ধোঁয়ার ঘটনা (ওয়েফার, লেন্স, আয়না, মুখোশ, রেটিকেল)
|
| অজৈব ডোপান্ট (বি, পি) | MOS ট্রানজিস্টর Vth শিফট
Si সাবস্ট্রেট এবং উচ্চ প্রতিরোধী পলি-সিলিকন শীট প্রতিরোধের বৈচিত্র্য
| |
| অজৈব ক্ষার (অ্যামাইন, অ্যামোনিয়া) এবং অ্যাসিড (SOx) | রাসায়নিকভাবে প্রশস্ত প্রতিরোধের রেজোলিউশনের অবনতি
লবণ উৎপাদনের কারণে কণা দূষণ এবং ধোঁয়ার ঘটনা
| |
| আর্দ্রতা, বাতাসের কারণে স্থানীয় এবং রাসায়নিক অক্সাইড ফিল্ম | বর্ধিত যোগাযোগ প্রতিরোধ ক্ষমতা
গেট অক্সাইড ফিল্ম ভাঙ্গন/ক্ষয়
| |
বিশেষ করে, ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়ার উদ্দেশ্যগুলির মধ্যে রয়েছে:
কণা অপসারণ: ওয়েফার পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত ছোট কণা অপসারণের জন্য ভৌত বা রাসায়নিক পদ্ধতি ব্যবহার করা। ছোট কণাগুলি অপসারণ করা আরও কঠিন কারণ তাদের এবং ওয়েফার পৃষ্ঠের মধ্যে শক্তিশালী তড়িৎচৌম্বক বল থাকে, যার জন্য বিশেষ প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন হয়।
জৈব পদার্থ অপসারণ: গ্রীস এবং ফটোরেজিস্টের অবশিষ্টাংশের মতো জৈব দূষকগুলি ওয়েফার পৃষ্ঠে লেগে থাকতে পারে। এই দূষকগুলি সাধারণত শক্তিশালী অক্সিডাইজিং এজেন্ট বা দ্রাবক ব্যবহার করে অপসারণ করা হয়।
ধাতব আয়ন অপসারণ: ওয়েফার পৃষ্ঠে ধাতব আয়নের অবশিষ্টাংশ বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা হ্রাস করতে পারে এবং এমনকি পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণ পদক্ষেপগুলিকেও প্রভাবিত করতে পারে। অতএব, এই আয়নগুলি অপসারণের জন্য নির্দিষ্ট রাসায়নিক দ্রবণ ব্যবহার করা হয়।
অক্সাইড অপসারণ: কিছু প্রক্রিয়ার জন্য ওয়েফার পৃষ্ঠকে অক্সাইড স্তর থেকে মুক্ত রাখতে হয়, যেমন সিলিকন অক্সাইড। এই ধরনের ক্ষেত্রে, নির্দিষ্ট পরিষ্কারের ধাপের সময় প্রাকৃতিক অক্সাইড স্তরগুলি অপসারণ করতে হয়।
ওয়েফার পরিষ্কারের প্রযুক্তির চ্যালেঞ্জ হলো ওয়েফার পৃষ্ঠের উপর বিরূপ প্রভাব না ফেলে দক্ষতার সাথে দূষণকারী পদার্থ অপসারণ করা, যেমন পৃষ্ঠের রুক্ষতা, ক্ষয় বা অন্যান্য শারীরিক ক্ষতি রোধ করা।
2. ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়া প্রবাহ
দূষণকারী পদার্থ সম্পূর্ণরূপে অপসারণ এবং সম্পূর্ণ পরিষ্কার পৃষ্ঠ অর্জন নিশ্চিত করার জন্য ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়াটিতে সাধারণত একাধিক ধাপ জড়িত থাকে।
চিত্র: ব্যাচ-টাইপ এবং একক-ওয়েফার পরিষ্কারের মধ্যে তুলনা
একটি সাধারণ ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়ায় নিম্নলিখিত প্রধান ধাপগুলি অন্তর্ভুক্ত থাকে:
১. প্রাক-পরিষ্কার (প্রাক-পরিষ্কার)
প্রাক-পরিষ্কারের উদ্দেশ্য হল ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে আলগা দূষক এবং বৃহৎ কণা অপসারণ করা, যা সাধারণত ডিআয়নাইজড ওয়াটার (ডিআই ওয়াটার) রিন্সিং এবং আল্ট্রাসনিক পরিষ্কারের মাধ্যমে অর্জন করা হয়। ডিআয়নাইজড ওয়াটার প্রাথমিকভাবে ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে কণা এবং দ্রবীভূত অমেধ্য অপসারণ করতে পারে, অন্যদিকে অতিস্বনক পরিষ্কার কণা এবং ওয়েফার পৃষ্ঠের মধ্যে বন্ধন ভাঙতে ক্যাভিটেশন প্রভাব ব্যবহার করে, যা তাদের অপসারণ করা সহজ করে তোলে।
2. রাসায়নিক পরিষ্কার
রাসায়নিক পরিষ্কার হল ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়ার একটি মূল ধাপ, যেখানে রাসায়নিক দ্রবণ ব্যবহার করে ওয়েফারের পৃষ্ঠ থেকে জৈব পদার্থ, ধাতব আয়ন এবং অক্সাইড অপসারণ করা হয়।
জৈব পদার্থ অপসারণ: সাধারণত, জৈব দূষকগুলিকে দ্রবীভূত এবং জারিত করার জন্য অ্যাসিটোন বা অ্যামোনিয়া/পেরক্সাইড মিশ্রণ (SC-1) ব্যবহার করা হয়। SC-1 দ্রবণের জন্য সাধারণ অনুপাত হল NH₄OH
₂ও₂
₂O = 1:1:5, যার কার্যক্ষম তাপমাত্রা প্রায় 20°C।
ধাতব আয়ন অপসারণ: ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে ধাতব আয়ন অপসারণের জন্য নাইট্রিক অ্যাসিড বা হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড/পেরক্সাইড মিশ্রণ (SC-2) ব্যবহার করা হয়। SC-2 দ্রবণের জন্য সাধারণ অনুপাত হল HCl
₂ও₂
₂O = 1:1:6, তাপমাত্রা প্রায় 80°C বজায় রাখা হয়।
অক্সাইড অপসারণ: কিছু প্রক্রিয়ায়, ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে নেটিভ অক্সাইড স্তর অপসারণ করা প্রয়োজন, যার জন্য হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিড (HF) দ্রবণ ব্যবহার করা হয়। HF দ্রবণের জন্য সাধারণ অনুপাত হল HF
₂O = 1:50, এবং এটি ঘরের তাপমাত্রায় ব্যবহার করা যেতে পারে।
৩. ফাইনাল ক্লিন
রাসায়নিক পরিষ্কারের পর, ওয়েফারগুলি সাধারণত চূড়ান্ত পরিষ্কারের ধাপে যায় যাতে কোনও রাসায়নিক অবশিষ্টাংশ পৃষ্ঠে না থাকে। চূড়ান্ত পরিষ্কারের জন্য মূলত ডিআয়নাইজড জল ব্যবহার করা হয় পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে ধুয়ে ফেলার জন্য। অতিরিক্তভাবে, ওজোন জল পরিষ্কার (O₃/H₂O) ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে অবশিষ্ট দূষকগুলি আরও অপসারণ করতে ব্যবহৃত হয়।
৪. শুকানো
পরিষ্কার করা ওয়েফারগুলিকে দ্রুত শুকাতে হবে যাতে জলছাপের দাগ বা দূষণকারী পদার্থ পুনরায় সংযুক্ত না হয়। সাধারণ শুকানোর পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে স্পিন শুকানো এবং নাইট্রোজেন শুদ্ধকরণ। প্রথমটি উচ্চ গতিতে ঘুরিয়ে ওয়েফারের পৃষ্ঠ থেকে আর্দ্রতা অপসারণ করে, অন্যদিকে দ্বিতীয়টি ওয়েফারের পৃষ্ঠ জুড়ে শুকনো নাইট্রোজেন গ্যাস উড়িয়ে সম্পূর্ণ শুকানো নিশ্চিত করে।
দূষণকারী
পরিষ্কারের পদ্ধতির নাম
রাসায়নিক মিশ্রণের বর্ণনা
রাসায়নিক পদার্থ
| কণা | পিরানহা (এসপিএম) | সালফিউরিক অ্যাসিড/হাইড্রোজেন পারঅক্সাইড/ডিআই জল | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| এসসি-১ (এপিএম) | অ্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড/হাইড্রোজেন পারক্সাইড/ডিআই জল | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| ধাতু (তামা নয়) | এসসি-২ (এইচপিএম) | হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড/হাইড্রোজেন পারঅক্সাইড/ডিআই জল | HCl/H2O2/H2O1:1:6; ৮৫°সে. |
| পিরানহা (এসপিএম) | সালফিউরিক অ্যাসিড/হাইড্রোজেন পারঅক্সাইড/ডিআই জল | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| ডিএইচএফ | হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিড/ডিআই জল পাতলা করুন (তামা অপসারণ করবে না) | এইচএফ/এইচ২ও১:৫০ | |
| জৈব পদার্থ | পিরানহা (এসপিএম) | সালফিউরিক অ্যাসিড/হাইড্রোজেন পারঅক্সাইড/ডিআই জল | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| এসসি-১ (এপিএম) | অ্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড/হাইড্রোজেন পারক্সাইড/ডিআই জল | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| ডিআইও৩ | ডি-আয়নযুক্ত পানিতে ওজোন | O3/H2O অপ্টিমাইজড মিশ্রণ | |
| নেটিভ অক্সাইড | ডিএইচএফ | হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিড/ডিআই জল পাতলা করুন | এইচএফ/এইচ২ও ১:১০০ |
| বিএইচএফ | বাফারড হাইড্রোফ্লোরিক অ্যাসিড | এনএইচ৪এফ/এইচএফ/এইচ২ও |
৩. সাধারণ ওয়েফার পরিষ্কারের পদ্ধতি
১. আরসিএ পরিষ্কারের পদ্ধতি
RCA পরিষ্কার পদ্ধতি হল সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের সবচেয়ে ক্লাসিক ওয়েফার পরিষ্কারের কৌশলগুলির মধ্যে একটি, যা RCA কর্পোরেশন 40 বছরেরও বেশি সময় আগে তৈরি করেছিল। এই পদ্ধতিটি মূলত জৈব দূষক এবং ধাতব আয়ন অমেধ্য অপসারণের জন্য ব্যবহৃত হয় এবং দুটি ধাপে সম্পন্ন করা যেতে পারে: SC-1 (স্ট্যান্ডার্ড ক্লিন 1) এবং SC-2 (স্ট্যান্ডার্ড ক্লিন 2)।
SC-1 পরিষ্কারকরণ: এই ধাপটি মূলত জৈব দূষক এবং কণা অপসারণের জন্য ব্যবহৃত হয়। দ্রবণটি হল অ্যামোনিয়া, হাইড্রোজেন পারক্সাইড এবং জলের মিশ্রণ, যা ওয়েফার পৃষ্ঠের উপর একটি পাতলা সিলিকন অক্সাইড স্তর তৈরি করে।
SC-2 পরিষ্কারকরণ: এই ধাপটি প্রাথমিকভাবে হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড, হাইড্রোজেন পারক্সাইড এবং জলের মিশ্রণ ব্যবহার করে ধাতব আয়ন দূষক অপসারণের জন্য ব্যবহৃত হয়। এটি পুনরায় দূষণ রোধ করার জন্য ওয়েফার পৃষ্ঠের উপর একটি পাতলা প্যাসিভেশন স্তর রেখে যায়।
২. পিরানহা পরিষ্কারের পদ্ধতি (পিরানহা এচ ক্লিন)
পিরানহা পরিষ্কার পদ্ধতি জৈব পদার্থ অপসারণের জন্য একটি অত্যন্ত কার্যকর কৌশল, যা সাধারণত 3:1 বা 4:1 অনুপাতে সালফিউরিক অ্যাসিড এবং হাইড্রোজেন পারক্সাইডের মিশ্রণ ব্যবহার করে। এই দ্রবণের অত্যন্ত শক্তিশালী জারণ বৈশিষ্ট্যের কারণে, এটি প্রচুর পরিমাণে জৈব পদার্থ এবং একগুঁয়ে দূষক অপসারণ করতে পারে। ওয়েফারের ক্ষতি এড়াতে এই পদ্ধতিতে অবস্থার কঠোর নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন, বিশেষ করে তাপমাত্রা এবং ঘনত্বের ক্ষেত্রে।
অতিস্বনক পরিষ্কারের ক্ষেত্রে তরল পদার্থের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ তরঙ্গ দ্বারা উৎপন্ন ক্যাভিটেশন প্রভাব ব্যবহার করে ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে দূষক অপসারণ করা হয়। ঐতিহ্যবাহী অতিস্বনক পরিষ্কারের তুলনায়, মেগাসনিক পরিষ্কার উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করে, যা ওয়েফার পৃষ্ঠের ক্ষতি না করেই সাব-মাইক্রন-আকারের কণাগুলিকে আরও দক্ষভাবে অপসারণ করতে সক্ষম করে।
৪. ওজোন পরিষ্কারকরণ
ওজোন পরিষ্কারের প্রযুক্তি ওজোনের শক্তিশালী জারণকারী বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে জৈব দূষকগুলিকে পচিয়ে অপসারণ করে, অবশেষে এগুলিকে ক্ষতিকারক কার্বন ডাই অক্সাইড এবং জলে রূপান্তরিত করে। এই পদ্ধতিতে ব্যয়বহুল রাসায়নিক বিকারক ব্যবহারের প্রয়োজন হয় না এবং পরিবেশ দূষণ কম হয়, যা এটিকে ওয়েফার পরিষ্কারের ক্ষেত্রে একটি উদীয়মান প্রযুক্তিতে পরিণত করে।
৪. ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়া সরঞ্জাম
ওয়েফার পরিষ্কারের প্রক্রিয়ার দক্ষতা এবং সুরক্ষা নিশ্চিত করার জন্য, সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনে বিভিন্ন ধরণের উন্নত পরিষ্কারের সরঞ্জাম ব্যবহার করা হয়। প্রধান প্রকারগুলির মধ্যে রয়েছে:
১. ভেজা পরিষ্কারের সরঞ্জাম
ভেজা পরিষ্কারের সরঞ্জামের মধ্যে রয়েছে বিভিন্ন নিমজ্জন ট্যাঙ্ক, অতিস্বনক পরিষ্কারের ট্যাঙ্ক এবং স্পিন ড্রায়ার। এই ডিভাইসগুলি ওয়েফার পৃষ্ঠ থেকে দূষক অপসারণের জন্য যান্ত্রিক বল এবং রাসায়নিক বিকারকগুলিকে একত্রিত করে। রাসায়নিক দ্রবণের স্থিতিশীলতা এবং কার্যকারিতা নিশ্চিত করার জন্য নিমজ্জন ট্যাঙ্কগুলি সাধারণত তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা দিয়ে সজ্জিত থাকে।
2. শুকনো পরিষ্কারের সরঞ্জাম
ড্রাই ক্লিনিং সরঞ্জামগুলিতে মূলত প্লাজমা ক্লিনার থাকে, যা ওয়েফার পৃষ্ঠের সাথে বিক্রিয়া করতে এবং অবশিষ্টাংশ অপসারণ করতে প্লাজমার উচ্চ-শক্তির কণা ব্যবহার করে। প্লাজমা পরিষ্কার বিশেষভাবে সেই প্রক্রিয়াগুলির জন্য উপযুক্ত যেখানে রাসায়নিক অবশিষ্টাংশ প্রবেশ না করে পৃষ্ঠের অখণ্ডতা বজায় রাখা প্রয়োজন।
৩. স্বয়ংক্রিয় পরিষ্কার ব্যবস্থা
সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনের ক্রমাগত সম্প্রসারণের সাথে সাথে, বৃহৎ-স্কেল ওয়েফার পরিষ্কারের জন্য স্বয়ংক্রিয় পরিষ্কার ব্যবস্থা পছন্দের পছন্দ হয়ে উঠেছে। এই ব্যবস্থাগুলিতে প্রায়শই স্বয়ংক্রিয় স্থানান্তর প্রক্রিয়া, মাল্টি-ট্যাঙ্ক পরিষ্কার ব্যবস্থা এবং নির্ভুল নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা অন্তর্ভুক্ত থাকে যা প্রতিটি ওয়েফারের জন্য ধারাবাহিক পরিষ্কারের ফলাফল নিশ্চিত করে।
৫. ভবিষ্যতের প্রবণতা
সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলি সঙ্কুচিত হওয়ার সাথে সাথে, ওয়েফার পরিষ্কারের প্রযুক্তি আরও দক্ষ এবং পরিবেশ বান্ধব সমাধানের দিকে বিকশিত হচ্ছে। ভবিষ্যতের পরিষ্কারের প্রযুক্তিগুলি নিম্নলিখিত বিষয়গুলির উপর ফোকাস করবে:
সাব-ন্যানোমিটার কণা অপসারণ: বিদ্যমান পরিষ্কার প্রযুক্তিগুলি ন্যানোমিটার-স্কেল কণাগুলি পরিচালনা করতে পারে, তবে ডিভাইসের আকার আরও হ্রাসের সাথে সাথে, সাব-ন্যানোমিটার কণাগুলি অপসারণ একটি নতুন চ্যালেঞ্জ হয়ে উঠবে।
সবুজ এবং পরিবেশবান্ধব পরিষ্কার-পরিচ্ছন্নতা: পরিবেশগতভাবে ক্ষতিকারক রাসায়নিকের ব্যবহার হ্রাস করা এবং ওজোন পরিষ্কার এবং মেগাসনিক পরিষ্কারের মতো আরও পরিবেশবান্ধব পরিষ্কারের পদ্ধতি বিকাশ করা ক্রমশ গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠবে।
উচ্চ স্তরের অটোমেশন এবং বুদ্ধিমত্তা: বুদ্ধিমান সিস্টেমগুলি পরিষ্কার প্রক্রিয়া চলাকালীন বিভিন্ন পরামিতিগুলির রিয়েল-টাইম পর্যবেক্ষণ এবং সমন্বয় সক্ষম করবে, পরিষ্কারের কার্যকারিতা এবং উৎপাদন দক্ষতা আরও উন্নত করবে।
সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ হিসেবে ওয়েফার পরিষ্কারের প্রযুক্তি পরবর্তী প্রক্রিয়াগুলির জন্য পরিষ্কার ওয়েফার পৃষ্ঠতল নিশ্চিত করতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। বিভিন্ন পরিষ্কারের পদ্ধতির সংমিশ্রণ কার্যকরভাবে দূষক অপসারণ করে, পরবর্তী পদক্ষেপগুলির জন্য একটি পরিষ্কার সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠ প্রদান করে। প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে সাথে, সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনে উচ্চ নির্ভুলতা এবং নিম্ন ত্রুটির হারের চাহিদা পূরণের জন্য পরিষ্কারের প্রক্রিয়াগুলি অপ্টিমাইজ করা অব্যাহত থাকবে।
পোস্টের সময়: অক্টোবর-০৮-২০২৪