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動態表面張力在半導體行業的應用

發布于:2021-12-28T11:12:28

5G、人工智能、智慧交通等消費電子、汽車電子、計算機等應用領域的發展,對芯片的性能提出更高的要求,加快了芯片制程升級,從而帶動了半導體行業的發展。半導體晶圓制造工藝包括擴散,光刻,蝕刻,離子注入,薄膜生長,拋光,金屬化等環節,需要用到各種特殊的液體,如顯影液,清洗液,拋光液等等,這些液體中表面活性劑的濃度對工藝質量效果產生深刻的影響。

半導體晶圓

動態表面張力在半導體晶圓清洗工藝的應用

半導體晶圓清洗工藝要求

芯片制造技術的進步驅動半導體清洗技術快速發展。在單晶硅片制造中,光刻,刻蝕,沉積等工藝后均設置了清洗工藝,清洗工藝在芯片制造進程中占比最大,隨著芯片技術節點不斷提升,對晶圓表面污染物的控制要求也越來越高。

晶圓制造過程中涉及的清洗工序

為了滿足這些高的清潔度要求,清洗劑的濃度一定要保持在適當的濃度范圍之內,成功的清潔工藝有兩個條件:

1. 為了達成所需的清潔效果,清洗劑的濃度需要在規定范圍內。

2. 在最后的漂洗過程后,須避免表面活性劑在硅晶圓上殘留,殘留的表面活性劑對后面的處理工藝會造成不利影響。

為了達到精確和潔凈的工藝效果,需要高純度和高可靠的清洗劑,清洗的好壞直接影響下一道工序,甚至影響器件的成品率和可靠性,然而在清洗工藝過程中,工人往往忽略監控清潔和漂洗工序中表面活性劑的濃度,表面活性劑經常過量。為了消除表面活性劑過量帶來的不利影響,往往要費時費力地增加漂洗工序。

德國析塔SITA動態表面張力儀優化監控清洗槽液中清洗劑濃度

德國析塔SITA動態表面張力儀可以輕松精準測量清洗槽液中表面活性劑濃度,使用工人可以根據消耗量進行適量添加,提高工業清洗的穩定性。不僅如此,在最后的漂洗工序中,可以通過使用析塔SITA動態表面張力儀對槽液中殘留的表面活性劑濃度進行測量,預判晶圓清洗質量。

半導體晶圓清洗工藝監控

動態表面張力在半導體晶圓切割工藝的應用

半導體晶圓切割和CMP工藝要求

半導體晶圓切割是半導體芯片制造工藝流程中的一道必不可少的工序,在對晶圓進行切割時,由于強機械力的作用,半導體晶圓邊沿容易出現微裂、崩邊;由于半導體晶圓表面應力分布不均,容易導致在半導體晶圓制造中產生大量滑移錯位,外延層錯,甚至破裂等問題,因此需要選擇性能優越的切割液避免晶圓切割出現問題。晶圓切割液含有表面活性劑,合適的表面活性劑濃度能保證漿料在線鋸及晶圓表面的附著量。

在半導體晶圓CMP工藝中,利用機械力作用于晶圓片表面,同時研磨液中的化學物質與晶圓片表面材料發生化學反應來增加其研磨速率。為了讓研磨盤的潤濕達到最優狀態,在研磨液中需要加入表面活性劑。

德國析塔SITA動態表面張力儀優化監控切割液和研磨液表面活性劑濃度

然而目前在晶圓切割和CMP工藝中,監測切割液和研磨液表面活性劑濃度往往容易出現問題,如果將樣品送到第三方實驗室進行檢測,成本高,且有一定時差,無法快速矯正表面活性劑濃度。德國析塔SITA動態表面張力儀,可以快速簡單測量切割液和研磨液動態表面張力,量化數據呈現液體表面活性劑濃度,幫助工人迅速將實際值與期望值作比較,及時調整表面活性劑濃度。

動態表面張力在半導體晶圓光刻工藝的應用

半導體晶圓在光刻工藝中使用顯影劑溶解光刻膠,將光刻膠上的圖形精確復制到晶圓片上。四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液是常用的顯影劑,人們往往在四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液中添加表面活性劑,以降低表面張力,改善光刻工藝中光刻膠的粘附性,改善光刻顯影液對硅片涂膠面的潤濕,使溶液更易親和晶圓表面,確保一個穩定且不與表面幾何形狀相關的蝕刻過程。

德國析塔SITA動態表面張力儀優化監控TMAH溶液表面活性劑濃度

使用德國SITA析塔可以實現快速連續監控TMAH溶液表面張力,并在設定的范圍內自動比較數據,使用工人可以在表面活性劑濃度超出限定值后,短時間迅速反應采取相關措施。

動態表面張力在半導體晶圓蝕刻工藝中的應用

在太陽能電池生產過程中,需要對晶圓進行蝕刻工藝,將顯影后的簡要蝕刻區域的保護膜去除,在蝕刻時接觸化學溶液,達到溶解腐蝕的作用,形成凹凸或者鏤空成型的效果,使用工人往往在蝕刻劑溶液中添加異丙醇IPA,以降低蝕刻劑溶液表面張力。

晶圓蝕刻工藝中容易存在的問題是:蝕刻過程的對流會引起異丙醇的快速蒸發,蝕刻劑表面張力增加,蝕刻工藝質量下降,因此需要將蝕刻劑中異丙醇濃度控制在規定范圍內,然而靜態表面張力的測量方法如拉環法和吊片法無法實現在生產過程中動監測蝕刻劑溶液表面張力以得知異丙醇濃度。

德國析塔SITA動態表面張力儀優化監控蝕刻溶液表面活性劑濃度

德國析塔SITA動態表面張力儀可以精確快速測量蝕刻劑溶液動態表面張力,使用工人可以將測量值與實際所需值進行對比,得出異丙醇濃度是否在規定范圍內,如超出限定值后,則可以在短時間內快速采取相應措施,達到高質量的蝕刻工藝和避免異丙醇過量,節省成本。

德國析塔SITA動態表面張力儀介紹

德國析塔SITA動態表面張力儀采用氣泡壓力法測量液體動態及靜態表面張力,通過智能控制氣泡壽命,測出液體中表面活性劑分子遷移到界面過程中表面張力的變化過程,即連續的一系列動態表面張力值以及靜態表面張力值。

德國析塔SITA動態表面張力儀,共有4種型號。

指標/型號DynoTester+Pro Line t15science Line t100Clean Line ST
簡介手持式/便攜式,快速簡便的測量生產過程中的連續測量研發型/實驗室型集成式,與生產控制系統相連,使之自動添加表面活性劑。
表面張力范圍10-100 mN/m10-100 mN/m10-100 mN/m10-100 mN/m
氣泡壽命范圍(ms)15-2000015-2000015-10000015-15000
測試模式單次模式單次/連續測量/自動測量模式單次/連續測量/自動測量模式單次/連續測量/自動測量模式
測量液體溫度(0-100)℃(0-100)℃(-20-125)℃(0-80)℃
尺寸(高X寬X長)mm168X75X35;168X75X35主機200x140x60;
探頭200x35x90
480X480X170
重量230g270g1870g23kg

翁開爾是德國析塔SITA中國獨家代理,如需了解各種關于析塔表面張力儀信息以及應用,歡迎致電【400-6808-138】咨詢。

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