Когда слышишь про ручное оборудование для очистки пластин карбида кремния, многие сразу представляют что-то вроде ультразвуковой ванночки да пару кисточек. Вот тут и кроется первый подводный камень. SiC — не кремний, его поверхность после резки или шлифовки — это не просто пыль, а часто въевшаяся суспензия с остатками абразива, да ещё и слой окислов может быть. Ручная чистка тут — не примитивная операция, а скорее финишный, контрольный этап, где каждый неверный шаг может отправить дорогостоящую пластину в брак.
Всё началось с проблем на участке приёма пластин после нарезки. Автоматическая мойка вроде бы давала приемлемый результат по частицам, но потом, при микроскопии, начали ловить странные разводы. Оказалось, что некоторые органические компоненты связующего из суспензии при стандартных режимах автомата не удалялись полностью, а потом полимеризовались. Автомат тут бессилен — нужен избирательный, визуальный контроль и механическое воздействие именно на проблемную зону. Вот тут-то и приходится брать в руки специализированный инструмент.
Я долго искал подходящие щётки. Обычные нейлоновые для кремния слишком грубы — оставляют микроповреждения на подложке SiC. Пробовали с угольным волокном — хорошо убирают частицы, но если попадается крупная фракция абразива, она может застрять в щетине и поцарапать следующую пластину. Остановились в итоге на щётках с мягкой, плотной щетиной из PVA-полимера. Они хорошо впитывают чистящий раствор и не царапают. Но и тут есть нюанс — их нужно менять чаще, чем кажется, потому что они ?засаливаются?.
Раствор — отдельная история. Простая деионизованная вода? Не работает. Слабый щелочной раствор на основе аммиака? Лучше, но нужно тщательно контролировать концентрацию и время контакта, особенно для пластин с уже нанесёнными слоями. Сейчас многие, включая нас, используют составы на основе меламиновой губки в сочетании со специальными пастами для локальной очистки кромок. Это как раз та область, где опыт оператора решает всё.
Ключевой инструмент помимо щётки — это вакуумный пинцет с мягкими наконечниками. Держать пластину в перчатках — кошмар, обязательно останутся следы. Пинцет должен иметь регулируемое усилие присоски. Однажды был случай на старой площадке: пинцет с изношенной мембраной сорвал пластину с 8 дюймов, та упала на стол. Потеря не столько в деньгах, сколько во времени на повторный цикл обработки.
Освещение и лупа — обязательны. Мы используем холодный светодиодный свет с высокой цветопередачей и бинокулярную лупу. Под таким светом видны не только частицы, но и плёнки, и цветовые аномалии, говорящие о неравномерном окислении. Оператор должен не просто водить щёткой, а постоянно сканировать поверхность под разными углами. Это утомительно, но автоматизировать этот осмотр пока не получается — ИИ плохо различает допустимую текстуру материала и дефект.
Процесс часто идёт поэтапно: сначала — предварительное ополаскивание в DI воде для удаления крупного, потом — нанесение чистящего состава и обработка щёткой по определённой траектории (обычно от центра спиралью к краям, но не всегда!), и потом — тщательное смывание. Важно, чтобы смыв был обильным и под правильным углом, чтобы загрязнения не заносились обратно на чистую зону.
Самая частая ошибка новичков — чрезмерное давление. SiC твёрдый, но это не значит, что его нельзя повредить на микроуровне. Давление должно быть таким, чтобы щетина лишь слегка прогибалась. Проверял на пластинах — после чрезмерного нажима даже при последующей CMP (химико-механической полировке) оставались аномалии в однородности.
Вторая ошибка — экономия на расходниках. Та самая PVA-щётка после 20-30 пластин теряет эффективность, её волокна ?слипаются?. Пытались регенерировать их в ультразвуке — бесполезно, только хуже. Это постоянная статья расходов, которую бухгалтерия всегда пытается сократить, но технолог должен стоять насмерть.
Третье — игнорирование подготовки окружающей среды. Ручная чистка часто делается в ламинарном боксе, но если в нём неправильный поток воздуха или статический заряд, то все снятые частицы тут же осядут обратно. Пришлось закупать ионизаторы и отдельно контролировать воздушный заслон. Кстати, про статику — для пластин SiC это особая угроза, может притягивать частицы буквально из воздуха помещения.
Был у нас заказ от одного исследовательского института — почистить партию полуполированных пластин 6H-SiC с выращенным эпитаксиальным слоем. Автоматику они боялись, прислали к нам. При визуальном осмотре увидел не просто частицы, а какие-то ?облачные? пятна. Стандартная процедура не помогала. Методом проб (и, конечно, на тестовой пластине) выяснил, что это остатки фоторезиста, который не полностью удалили их же химией. Помогло сочетание мягкого кислородного плазменного третмента (очень кратковременного, чтобы не повредить слой) и последующей ручной очистки специальным растворителем на основе диметилсульфоксида. Это к вопросу о том, что ручной инструмент — часто часть гибридного процесса.
В поисках хороших материалов наткнулся на сайт ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии? (https://www.ywxtbdt.ru). В их описании сразу бросилось в глаза, что компания основана экспертами с 20-летним опытом. Это важно, потому что они часто понимают именно такие практические нюансы, а не просто продают железо. У них в ассортименте видел специализированные чистящие пасты и наборы инструментов как раз для широкозонных полупроводников. Не реклама, а констатация — на рынке не так много поставщиков, которые фокусируются на таких узких, но критичных этапах обработки, как ручная постобработка пластин.
С ними связались по поводу пробной партии тех самых PVA-щёток и сопутствующего раствора. Прислали также очень дельную методичку по времени выдержки для разных типов загрязнений. Это ценно. Многие крупные вендоры такого не дают — у них всё заточено под полностью автоматические линии. А здесь чувствуется, что люди в теме понимают, что на некоторых производствах, особенно pilot-line или при работе с уникальными подложками, без ручного этапа никуда.
Несмотря на все автоматизацию, я уверен, что ручное оборудование для очистки пластин из карбида кремния ещё долго не умрёт. Просто его роль сместится. Это будет не массовая операция, а что-то вроде хирургического вмешательства для особо ценных образцов, для отладки новых процессов или для ремонта — удаления конкретного дефекта на почти готовой пластине.
Хотелось бы видеть больше эргономичных решений: например, подставок с регулируемым наклоном и подогревом, чтобы оператор не уставал и мог лучше контролировать процесс. Или более умных систем локальной подачи чистящей химии — не просто капельница, а что-то вроде микродозатора, управляемого педалью, чтобы руки были свободны.
В итоге, возвращаясь к началу. Эта работа — не для разнорабочего. Это для технолога, который понимает природу загрязнений, физику процесса и пределы воздействия. Инструменты в его руках — это продолжение опыта и глазомера. И пока не изобрели универсального робота с искусственным интеллектом, который обладает таким же ситуативным пониманием, этот этап так и останется ручной работой высшей квалификации. Как бы парадоксально это ни звучало в эпоху полной автоматизации.
