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为什么Backside clean(晶背清洗)在光刻工艺中那么重要?
2025年05月27日 10:06   浏览:221   来源:小萍子

随着半导体技术节点向先进制程持续推进,芯片最小特征尺寸不断微缩,器件集成度呈指数级增长,曝光设备的焦深已成为制约工艺发展的关键瓶颈。在此技术背景下,有效管控晶圆背面缺陷引发的光刻热点问题,成为保障芯片制造良率的核心技术挑战。

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在65nm及以下先进制程中,新型薄膜材料、特种化学品的广泛应用以及复杂的集成方案,使得 FINFET 等先进器件结构的制造工艺与检测流程大幅增加。长期以来,半导体制造企业将主要精力集中于晶圆正面缺陷的检测与控制,而对晶圆背面缺陷的关注度明显不足。但随着更先进制程中器件尺寸持续缩小,光刻景深(DOF)与套刻容差不断降低,晶圆背面的质量管控已成为先进制程面临的重要难题。

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晶圆背面缺陷成因复杂,主要表现为颗粒污染、残留物附着和机械划痕三大类。其中,颗粒杂质与同心环状划痕多由晶圆传输机械臂、真空卡盘等处理部件,以及化学机械抛光(CMP)工艺引入;残留污染物则源于不必要薄膜去除不彻底,或清洁化学品使用失效;此外,晶圆在产线各设备间流转时,还存在与处理设备间的交叉污染风险。这些背面缺陷会在光刻曝光过程中破坏晶圆表面平整度,进而引发光刻热点。若光刻热点在蚀刻工艺前未被检出,将导致晶圆直接报废,造成显著的良率损失。

投资者在某一次对至纯科技相关负责人做了一次采访,他讲清楚了晶背清洗与光刻工艺的关系。


投资者:烦请详细介绍下贵公司的Backsideclean(晶背清洗)工艺以及公司在国内的市场地位情况!谢谢!


至纯科技相关负责人:您好,Backsideclean(晶背清洗)工艺是在芯片制造工艺中相当重要的湿法工艺。半导体生产过程中,对于污染是很重视的,尤其是金属污染。一旦有金属污染将损失巨大。半导体生产设备中,最高单价的就是光刻机,晶圆背面清洗的功能就是将背面的金属污染物清除,把颗粒洗净,让晶圆以最佳状态进入光刻机,避免光刻机因晶圆背面缺陷问题(金属和颗粒)而停机。晶圆背面清洗的重要性及步骤数量随着工艺进步和金属层的增加而增加。目前国内晶圆厂商用的最多的是由海外大厂制造的机台,而公司目前已实现Backsideetch(背面蚀刻)功能,达到客户的验收标准。通过背面单片机台清洗后,可实现较少的剩余颗粒,同时金属污染可控制在较低水平。目前产品的各项工艺指标可对标国际大厂设备指标。

针对背面缺陷问题,背面抛光清洁技术采用创新工艺方案:在可移动抛光头上安装金刚石研磨胶带,对晶圆背面进行全域抛光处理,实现表面凸起物与颗粒杂质的有效去除。抛光过程中,晶圆正面浸没于去离子水(DIW)缓冲液中,避免与硬质表面直接接触。通过调整胶带上金刚石磨粒粒径,或优化抛光时间参数,可实现抛光量的精准控制。该工艺全程仅使用去离子水,无需化学蚀刻或清洁试剂,设备配置与工艺参数设置与前期研究保持一致。
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在 7nm MOL(Middle-of-Line)晶圆的对比实验中发现:传统湿式清洗工艺的清洁效果存在显著局限,使用去离子水(DI)和室温 SC1 清洗液无法有效降低背面颗粒污染,即使采用加热 SC1 溶液配合氢氟酸(HF)处理,颗粒计数改善效果依然不明显,附加机械刷洗仅带来轻微提升。相比之下,背面抛光清洁技术凭借纯 DIW 机械抛光方式,可使晶圆背面颗粒数量减少约 60%,并在后续至 M1 CMP 的全制程环节中保持较低的颗粒污染水平。但值得注意的是,该抛光工艺会导致晶圆局部曲率显著增加,其对光刻套刻精度的潜在影响仍需进一步深入研究。


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