سلکان ویفرز بمقابلہ گلاس ویفرز: ہم اصل میں کیا صفائی کر رہے ہیں؟ مادی جوہر سے لے کر عمل پر مبنی صفائی کے حل تک

اگرچہ سلیکون اور گلاس ویفر دونوں "صاف" ہونے کا مشترکہ مقصد رکھتے ہیں، لیکن صفائی کے دوران انہیں درپیش چیلنجز اور ناکامی کے طریقے بہت مختلف ہیں۔ یہ تضاد سلکان اور شیشے کی موروثی مادی خصوصیات اور تصریح کے تقاضوں کے ساتھ ساتھ ان کی حتمی ایپلی کیشنز کے ذریعے کارفرما صفائی کے الگ "فلسفہ" سے پیدا ہوتا ہے۔

سب سے پہلے، آئیے واضح کریں: ہم بالکل کیا صاف کر رہے ہیں؟ کون سے آلودگی شامل ہیں؟

آلودگیوں کو چار اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

1. ذرہ آلودگی

   • دھول، دھاتی ذرات، نامیاتی ذرات، کھرچنے والے ذرات (CMP عمل سے) وغیرہ۔

   • یہ آلودگی پیٹرن کی خرابیوں کا سبب بن سکتے ہیں، جیسے شارٹس یا کھلے سرکٹس۔

2. نامیاتی آلودگی

   • فوٹو ریزسٹ کی باقیات، رال کے اضافے، انسانی جلد کے تیل، سالوینٹس کی باقیات وغیرہ شامل ہیں۔

   • نامیاتی آلودگی ماسک بنا سکتے ہیں جو اینچنگ یا آئن امپلانٹیشن میں رکاوٹ بنتے ہیں اور دیگر پتلی فلموں کے چپکنے کو کم کرتے ہیں۔

3. دھاتی آئن آلودگی

   • آئرن، کاپر، سوڈیم، پوٹاشیم، کیلشیم وغیرہ، جو بنیادی طور پر آلات، کیمیکلز اور انسانی رابطے سے آتے ہیں۔

   • سیمی کنڈکٹرز میں، دھاتی آئن "قاتل" آلودگی والے ہوتے ہیں، جو ممنوعہ بینڈ میں توانائی کی سطح کو متعارف کراتے ہیں، جو رساو کرنٹ کو بڑھاتے ہیں، کیریئر کی زندگی کو مختصر کرتے ہیں، اور برقی خصوصیات کو شدید نقصان پہنچاتے ہیں۔ شیشے میں، وہ بعد میں آنے والی پتلی فلموں کے معیار اور چپکنے کو متاثر کر سکتے ہیں۔

4. مقامی آکسائیڈ پرت

   • سلیکون ویفرز کے لیے: سلکان ڈائی آکسائیڈ (مقامی آکسائیڈ) کی ایک پتلی تہہ قدرتی طور پر ہوا میں سطح پر بنتی ہے۔ اس آکسائیڈ پرت کی موٹائی اور یکسانیت کو کنٹرول کرنا مشکل ہے، اور اسے کلیدی ڈھانچے جیسے کہ گیٹ آکسائیڈز کی تعمیر کے دوران مکمل طور پر ہٹا دیا جانا چاہیے۔

   • شیشے کے ویفرز کے لیے: شیشہ بذات خود ایک سلیکا نیٹ ورک کا ڈھانچہ ہے، اس لیے "آکسائیڈ کی مقامی تہہ کو ہٹانے" کا کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ تاہم، آلودگی کی وجہ سے سطح میں ترمیم کی گئی ہے، اور اس تہہ کو ہٹانے کی ضرورت ہے۔

I. بنیادی اہداف: برقی کارکردگی اور جسمانی کمال کے درمیان فرق

• سلیکن ویفرز

  • صفائی کا بنیادی مقصد برقی کارکردگی کو یقینی بنانا ہے۔ نردجیکرن میں عام طور پر سخت ذرات کی گنتی اور سائز شامل ہوتے ہیں (مثلاً، ذرات ≥0.1μm کو مؤثر طریقے سے ہٹایا جانا چاہیے)، دھاتی آئن کی تعداد (مثال کے طور پر، Fe، Cu کو ≤10¹⁰ ایٹم/cm² یا اس سے کم تک کنٹرول کیا جانا چاہیے)، اور نامیاتی باقیات کی سطح شامل ہیں۔ یہاں تک کہ مائکروسکوپک آلودگی سرکٹ شارٹس، رساو کرنٹ، یا گیٹ آکسائیڈ کی سالمیت کی ناکامی کا باعث بن سکتی ہے۔

• گلاس ویفرز

  • سبسٹریٹس کے طور پر، بنیادی ضروریات جسمانی کمال اور کیمیائی استحکام ہیں۔ نردجیکرن میکرو لیول کے پہلوؤں پر توجہ مرکوز کرتے ہیں جیسے خروںچ کی غیر موجودگی، غیر ہٹنے والے داغ، اور اصل سطح کی کھردری اور جیومیٹری کی دیکھ بھال۔ صفائی کا مقصد بنیادی طور پر بعد کے عمل جیسے کوٹنگ کے لیے بصری صفائی اور اچھی چپکنے کو یقینی بنانا ہے۔

II مادی نوعیت: کرسٹل لائن اور بے ساختہ کے درمیان بنیادی فرق

• سلکان

  • سلکان ایک کرسٹل لائن مواد ہے، اور اس کی سطح قدرتی طور پر ایک غیر یکساں سلکان ڈائی آکسائیڈ (SiO₂) آکسائیڈ کی تہہ اگاتی ہے۔ یہ آکسائیڈ پرت برقی کارکردگی کے لیے خطرہ ہے اور اسے اچھی طرح اور یکساں طور پر ہٹایا جانا چاہیے۔

• شیشہ

  • شیشہ ایک بے ساختہ سلکا نیٹ ورک ہے۔ اس کا بلک مواد سلکان کی سلکان آکسائیڈ پرت سے ملتا جلتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ اسے ہائیڈرو فلورک ایسڈ (HF) کے ذریعے جلدی سے کھینچا جا سکتا ہے اور یہ مضبوط الکلی کٹاؤ کے لیے بھی حساس ہے، جس کی وجہ سے سطح کی کھردری یا خرابی میں اضافہ ہوتا ہے۔ یہ بنیادی فرق یہ بتاتا ہے کہ سلیکون ویفر کی صفائی روشنی کو برداشت کر سکتی ہے، آلودگیوں کو دور کرنے کے لیے کنٹرول شدہ اینچنگ، جبکہ شیشے کے ویفر کی صفائی کو انتہائی احتیاط کے ساتھ انجام دیا جانا چاہیے تاکہ بنیادی مواد کو نقصان نہ پہنچے۔

III صفائی کے حل کا موازنہ

مذکورہ بالا اہداف اور مادی خصوصیات کی بنیاد پر، سلیکون اور گلاس ویفرز کی صفائی کے حل مختلف ہیں:

• گلاس ویفر کی صفائی کا عمل

  • فی الحال، زیادہ تر شیشے کے پروسیسنگ پلانٹس شیشے کی مادی خصوصیات کی بنیاد پر صفائی کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہیں، بنیادی طور پر کمزور الکلین صفائی ایجنٹوں پر انحصار کرتے ہیں۔

  • صفائی ایجنٹ کی خصوصیات:صفائی کے یہ خصوصی ایجنٹ عام طور پر کمزور الکلین ہوتے ہیں، جس کا پی ایچ 8-9 کے ارد گرد ہوتا ہے۔ ان میں عام طور پر سرفیکٹینٹس (مثلاً، الکائل پولی آکسیتھیلین ایتھر)، دھاتی چیلیٹنگ ایجنٹس (مثلاً، HEDP)، اور نامیاتی صفائی کے آلات ہوتے ہیں، جو کہ شیشے کے میٹرکس کے لیے کم سے کم سنکنار ہوتے ہوئے، تیل اور فنگر پرنٹس جیسے نامیاتی آلودگیوں کو خارج کرنے اور گلنے کے لیے ڈیزائن کیے گئے ہیں۔

  • عمل کا بہاؤ:عام صفائی کے عمل میں الٹراسونک صفائی کے ساتھ مل کر کمرے کے درجہ حرارت سے لے کر 60°C تک کے درجہ حرارت پر کمزور الکلائن کلیننگ ایجنٹس کا ایک مخصوص ارتکاز استعمال کرنا شامل ہے۔ صفائی کے بعد، ویفرز کو صاف پانی اور ہلکے سے خشک کرنے کے ساتھ کلی کے متعدد مراحل سے گزرنا پڑتا ہے (مثال کے طور پر، آہستہ اٹھانا یا IPA بخارات خشک کرنا)۔ یہ عمل مؤثر طریقے سے بصری صفائی اور عمومی صفائی کے لیے گلاس ویفر کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔

• سلیکن ویفر کی صفائی کا عمل

  • سیمی کنڈکٹر پروسیسنگ کے لیے، سلکان ویفرز کو عام طور پر معیاری RCA صفائی سے گزرنا پڑتا ہے، جو کہ ایک انتہائی موثر صفائی کا طریقہ ہے جو ہر قسم کے آلودگیوں کو منظم طریقے سے حل کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے، اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ سیمی کنڈکٹر آلات کے لیے برقی کارکردگی کی ضروریات پوری ہوں۔

چہارم جب شیشہ اعلیٰ "صفائی" کے معیارات پر پورا اترتا ہے۔

جب شیشے کے ویفرز کو ایسے ایپلی کیشنز میں استعمال کیا جاتا ہے جن میں ذرات کی سخت گنتی اور دھاتی آئن کی سطح کی ضرورت ہوتی ہے (مثال کے طور پر، سیمی کنڈکٹر کے عمل میں سبسٹریٹس کے طور پر یا بہترین پتلی فلم جمع کرنے والی سطحوں کے لیے)، اندرونی صفائی کا عمل اب کافی نہیں ہو سکتا ہے۔ اس صورت میں، سیمی کنڈکٹر کی صفائی کے اصولوں کو لاگو کیا جا سکتا ہے، ایک ترمیم شدہ RCA صفائی کی حکمت عملی کو متعارف کرایا جا سکتا ہے۔

اس حکمت عملی کا بنیادی مقصد شیشے کی حساس نوعیت کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے معیاری RCA عمل کے پیرامیٹرز کو کمزور اور بہتر بنانا ہے:

• نامیاتی آلودگی کو ہٹانا:SPM محلول یا اوزون کا ہلکا پانی مضبوط آکسیکرن کے ذریعے نامیاتی آلودگیوں کو گلنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

• ذرہ ہٹانا:انتہائی پتلا شدہ SC1 محلول کو کم درجہ حرارت اور مختصر علاج کے اوقات میں استعمال کیا جاتا ہے تاکہ اس کے الیکٹرو سٹیٹک ریپلشن اور مائیکرو اینچنگ اثرات کو ذرات کو ہٹانے کے لیے استعمال کیا جا سکے، جبکہ شیشے پر سنکنرن کو کم سے کم کیا جا سکے۔

• دھاتی آئن ہٹانا:ایک پتلا شدہ SC2 محلول یا سادہ پتلا ہائیڈروکلورک ایسڈ/ڈائلوٹ نائٹرک ایسڈ محلول چیلیشن کے ذریعے دھاتی آلودگیوں کو دور کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

• سخت پابندیاں:شیشے کے سبسٹریٹ کے سنکنرن کو روکنے کے لیے ڈی ایچ ایف (ڈی امونیم فلورائیڈ) سے بالکل پرہیز کرنا چاہیے۔

پورے ترمیم شدہ عمل میں، میگاسونک ٹیکنالوجی کا امتزاج نینو سائز کے ذرات کو ہٹانے کی کارکردگی کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے اور سطح پر ہلکا ہوتا ہے۔

نتیجہ

سلیکون اور شیشے کے ویفرز کی صفائی کے عمل ان کی حتمی درخواست کی ضروریات، مادی خصوصیات، اور جسمانی اور کیمیائی خصوصیات کی بنیاد پر ریورس انجینئرنگ کا ناگزیر نتیجہ ہیں۔ سلیکون ویفر کی صفائی برقی کارکردگی کے لیے "ایٹمک سطح کی صفائی" کی کوشش کرتی ہے، جب کہ شیشے کے ویفر کی صفائی "کامل، غیر متاثر شدہ" جسمانی سطحوں کو حاصل کرنے پر مرکوز ہے۔ چونکہ شیشے کے ویفرز سیمی کنڈکٹر ایپلی کیشنز میں تیزی سے استعمال ہورہے ہیں، ان کی صفائی کے عمل لامحالہ روایتی کمزور الکلین صفائی سے آگے بڑھیں گے، زیادہ بہتر، اپنی مرضی کے مطابق حل تیار کریں گے جیسے ترمیم شدہ RCA کے عمل کو صفائی کے اعلیٰ معیارات کو پورا کرنے کے لیے۔