เหตุใดจึงมีการใช้ CO₂ ในระหว่างกระบวนการหั่นเวเฟอร์

การแนะนำCO₂ลงในน้ำสำหรับหั่นในระหว่างเวเฟอร์การตัดเป็นมาตรการกระบวนการที่มีประสิทธิภาพในการยับยั้งการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตและลดความเสี่ยงในการปนเปื้อน ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มผลผลิตลูกเต๋าและความน่าเชื่อถือของเศษในระยะยาว

1. ระงับการสะสมประจุไฟฟ้าสถิต

ในระหว่างเวเฟอร์หั่นสี่เหลี่ยมลูกเต๋าใบมีดเพชรหมุนความเร็วสูงทำงานร่วมกับระบบฉีดน้ำขจัดไอออนแรงดันสูง (DI) เพื่อทำการตัด ระบายความร้อน และทำความสะอาด การเสียดสีที่รุนแรงระหว่างใบมีดกับแผ่นเวเฟอร์ทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตจำนวนมาก ในเวลาเดียวกัน น้ำ DI ได้รับการแตกตัวเป็นไอออนเล็กน้อยภายใต้การพ่นและการกระแทกด้วยความเร็วสูง ทำให้เกิดไอออนจำนวนเล็กน้อย เนื่องจากซิลิกอนมีแนวโน้มที่จะสะสมประจุ หากประจุไม่ระบายออกทันเวลา แรงดันไฟฟ้าอาจสูงถึง 500 V หรือมากกว่า และกระตุ้นให้เกิดไฟฟ้าสถิต (ESD)

ESD อาจไม่เพียงแต่ทำลายการเชื่อมต่อระหว่างกันของโลหะหรือสร้างความเสียหายให้กับไดอิเล็กทริกระหว่างชั้นเท่านั้น แต่ยังทำให้ฝุ่นซิลิคอนเกาะติดกับพื้นผิวเวเฟอร์ผ่านการดึงดูดด้วยไฟฟ้าสถิต ซึ่งนำไปสู่ข้อบกพร่องของอนุภาค ในกรณีที่รุนแรงมากขึ้น อาจทำให้เกิดปัญหาแผ่นยึดติดได้ เช่น การยึดติดของลวดไม่ดีหรือการหลุดของพันธะ

เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ละลายในน้ำ จะเกิดกรดคาร์บอนิก (H₂CO₃) ซึ่งแยกตัวออกไปอีกเป็นไอออนไฮโดรเจน (H⁺) และไอออนไบคาร์บอเนต (HCO₃⁻) ซึ่งจะช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าของน้ำสำหรับหั่นลูกเต๋าและลดความต้านทานลงได้อย่างมาก ค่าการนำไฟฟ้าที่สูงขึ้นช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตถูกกำจัดออกไปอย่างรวดเร็วผ่านน้ำที่ไหลลงสู่พื้นดิน ทำให้ประจุสะสมบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์หรืออุปกรณ์ได้ยาก

นอกจากนี้ CO₂ ยังเป็นก๊าซที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตีอ่อนๆ ในสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานสูง มันสามารถแตกตัวเป็นไอออนเพื่อสร้างสายพันธุ์ที่มีประจุ เช่น CO₂⁺ และ O⁻ ไอออนเหล่านี้สามารถทำให้ประจุเป็นกลางบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์และบนอนุภาคในอากาศ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการดึงดูดไฟฟ้าสถิตและเหตุการณ์ ESD ได้อีก

2. ลดการปนเปื้อนและปกป้องพื้นผิวเวเฟอร์

การตัดแผ่นเวเฟอร์ทำให้เกิดฝุ่นซิลิกอนจำนวนมาก อนุภาคละเอียดเหล่านี้จะมีประจุทันทีและเกาะติดกับแผ่นเวเฟอร์หรือพื้นผิวอุปกรณ์ ทำให้เกิดการปนเปื้อนของอนุภาค หากน้ำหล่อเย็นมีความเป็นด่างเล็กน้อย ก็สามารถส่งเสริมไอออนของโลหะ (เช่น Fe, Ni และ Cr ที่ปล่อยออกมาจากตัวกรองหรือท่อสแตนเลส) ให้เกิดการตกตะกอนของโลหะไฮดรอกไซด์ การตกตะกอนเหล่านี้อาจสะสมบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์หรือภายในถนนที่เป็นลูกเต๋า ซึ่งส่งผลเสียต่อคุณภาพของเศษ

หลังจากแนะนำ CO₂ ในด้านหนึ่ง การทำให้ประจุเป็นกลางจะทำให้แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตระหว่างฝุ่นและพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์อ่อนลง ในทางกลับกัน การไหลของก๊าซ CO₂ ช่วยกระจายอนุภาคออกจากโซนหั่นสี่เหลี่ยมลูกเต๋า ซึ่งช่วยลดโอกาสที่อนุภาคจะสะสมซ้ำในพื้นที่วิกฤติ

สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดอ่อนที่เกิดจาก CO₂ ที่ละลายยังช่วยยับยั้งการเปลี่ยนไอออนของโลหะไปเป็นตะกอนไฮดรอกไซด์ ทำให้โลหะมีสถานะละลายเพื่อให้น้ำไหลพาไปได้ง่ายขึ้น ซึ่งช่วยลดสิ่งตกค้างบนแผ่นเวเฟอร์และอุปกรณ์

ในขณะเดียวกัน CO₂ ก็เฉื่อย ด้วยการสร้างบรรยากาศการป้องกันในบริเวณหั่นลูกเต๋า จึงสามารถลดการสัมผัสโดยตรงระหว่างฝุ่นซิลิคอนกับออกซิเจน ลดความเสี่ยงของการเกิดออกซิเดชันของฝุ่น การรวมตัวกัน และการยึดเกาะกับพื้นผิวในภายหลัง ซึ่งช่วยรักษาสภาพแวดล้อมในการตัดให้สะอาดขึ้นและสภาวะกระบวนการมีเสถียรภาพมากขึ้น

การแนะนำ CO₂ ลงในน้ำสำหรับหั่นลูกเต๋าระหว่างการตัดแผ่นเวเฟอร์ไม่เพียงแต่ควบคุมความเสี่ยงคงที่และ ESD ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังช่วยลดการปนเปื้อนของฝุ่นและโลหะได้อย่างมาก ทำให้เป็นวิธีสำคัญในการปรับปรุงผลผลิตของการตัดลูกเต๋าและความน่าเชื่อถือของชิป