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动态表面张力在半导体行业的应用

发布于:2021-12-28T11:12:28

5G、人工智能、智慧交通等消费电子、汽车电子、计算机等应用领域的发展,对芯片的性能提出更高的要求,加快了芯片制程升级,从而带动了半导体行业的发展。半导体晶圆制造工艺包括扩散,光刻,蚀刻,离子注入,薄膜生长,抛光,金属化等环节,需要用到各种特殊的液体,如显影液,清洗液,抛光液等等,这些液体中表面活性剂的浓度对工艺质量效果产生深刻的影响。

半导体晶圆

动态表面张力在半导体晶圆清洗工艺的应用

半导体晶圆清洗工艺要求

芯片制造技术的进步驱动半导体清洗技术快速发展。在单晶硅片制造中,光刻,刻蚀,沉积等工艺后均设置了清洗工艺,清洗工艺在芯片制造进程中占比最大,随着芯片技术节点不断提升,对晶圆表面污染物的控制要求也越来越高。

晶圆制造过程中涉及的清洗工序

为了满足这些高的清洁度要求,清洗剂的浓度一定要保持在适当的浓度范围之内,成功的清洁工艺有两个条件:

1. 为了达成所需的清洁效果,清洗剂的浓度需要在规定范围内。

2. 在最后的漂洗过程后,须避免表面活性剂在硅晶圆上残留,残留的表面活性剂对后面的处理工艺会造成不利影响。

为了达到精确和洁净的工艺效果,需要高纯度和高可靠的清洗剂,清洗的好坏直接影响下一道工序,甚至影响器件的成品率和可靠性,然而在清洗工艺过程中,工人往往忽略监控清洁和漂洗工序中表面活性剂的浓度,表面活性剂经常过量。为了消除表面活性剂过量带来的不利影响,往往要费时费力地增加漂洗工序。

德国析塔SITA动态表面张力仪优化监控清洗槽液中清洗剂浓度

德国析塔SITA动态表面张力仪可以轻松精准测量清洗槽液中表面活性剂浓度,使用工人可以根据消耗量进行适量添加,提高工业清洗的稳定性。不仅如此,在最后的漂洗工序中,可以通过使用析塔SITA动态表面张力仪对槽液中残留的表面活性剂浓度进行测量,预判晶圆清洗质量。

半导体晶圆清洗工艺监控

动态表面张力在半导体晶圆切割工艺的应用

半导体晶圆切割和CMP工艺要求

半导体晶圆切割是半导体芯片制造工艺流程中的一道必不可少的工序,在对晶圆进行切割时,由于强机械力的作用,半导体晶圆边沿容易出现微裂、崩边;由于半导体晶圆表面应力分布不均,容易导致在半导体晶圆制造中产生大量滑移错位,外延层错,甚至破裂等问题,因此需要选择性能优越的切割液避免晶圆切割出现问题。晶圆切割液含有表面活性剂,合适的表面活性剂浓度能保证浆料在线锯及晶圆表面的附着量。

在半导体晶圆CMP工艺中,利用机械力作用于晶圆片表面,同时研磨液中的化学物质与晶圆片表面材料发生化学反应来增加其研磨速率。为了让研磨盘的润湿达到最优状态,在研磨液中需要加入表面活性剂。

德国析塔SITA动态表面张力仪优化监控切割液和研磨液表面活性剂浓度

然而目前在晶圆切割和CMP工艺中,监测切割液和研磨液表面活性剂浓度往往容易出现问题,如果将样品送到第三方实验室进行检测,成本高,且有一定时差,无法快速矫正表面活性剂浓度。德国析塔SITA动态表面张力仪,可以快速简单测量切割液和研磨液动态表面张力,量化数据呈现液体表面活性剂浓度,帮助工人迅速将实际值与期望值作比较,及时调整表面活性剂浓度。

动态表面张力在半导体晶圆光刻工艺的应用

半导体晶圆在光刻工艺中使用显影剂溶解光刻胶,将光刻胶上的图形精确复制到晶圆片上。四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液是常用的显影剂,人们往往在四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中添加表面活性剂,以降低表面张力,改善光刻工艺中光刻胶的粘附性,改善光刻显影液对硅片涂胶面的润湿,使溶液更易亲和晶圆表面,确保一个稳定且不与表面几何形状相关的蚀刻过程。

德国析塔SITA动态表面张力仪优化监控TMAH溶液表面活性剂浓度

使用德国SITA析塔可以实现快速连续监控TMAH溶液表面张力,并在设定的范围内自动比较数据,使用工人可以在表面活性剂浓度超出限定值后,短时间迅速反应采取相关措施。

动态表面张力在半导体晶圆蚀刻工艺中的应用

在太阳能电池生产过程中,需要对晶圆进行蚀刻工艺,将显影后的简要蚀刻区域的保护膜去除,在蚀刻时接触化学溶液,达到溶解腐蚀的作用,形成凹凸或者镂空成型的效果,使用工人往往在蚀刻剂溶液中添加异丙醇IPA,以降低蚀刻剂溶液表面张力。

晶圆蚀刻工艺中容易存在的问题是:蚀刻过程的对流会引起异丙醇的快速蒸发,蚀刻剂表面张力增加,蚀刻工艺质量下降,因此需要将蚀刻剂中异丙醇浓度控制在规定范围内,然而静态表面张力的测量方法如拉环法和吊片法无法实现在生产过程中动监测蚀刻剂溶液表面张力以得知异丙醇浓度。

德国析塔SITA动态表面张力仪优化监控蚀刻溶液表面活性剂浓度

德国析塔SITA动态表面张力仪可以精确快速测量蚀刻剂溶液动态表面张力,使用工人可以将测量值与实际所需值进行对比,得出异丙醇浓度是否在规定范围内,如超出限定值后,则可以在短时间内快速采取相应措施,达到高质量的蚀刻工艺和避免异丙醇过量,节省成本。

德国析塔SITA动态表面张力仪介绍

德国析塔SITA动态表面张力仪采用气泡压力法测量液体动态及静态表面张力,通过智能控制气泡寿命,测出液体中表面活性剂分子迁移到界面过程中表面张力的变化过程,即连续的一系列动态表面张力值以及静态表面张力值。

德国析塔SITA动态表面张力仪,共有4种型号。

指标/型号DynoTester+Pro Line t15science Line t100Clean Line ST
简介手持式/便携式,快速简便的测量生产过程中的连续测量研发型/实验室型集成式,与生产控制系统相连,使之自动添加表面活性剂。
表面张力范围10-100 mN/m10-100 mN/m10-100 mN/m10-100 mN/m
气泡寿命范围(ms)15-2000015-2000015-10000015-15000
测试模式单次模式单次/连续测量/自动测量模式单次/连续测量/自动测量模式单次/连续测量/自动测量模式
测量液体温度(0-100)℃(0-100)℃(-20-125)℃(0-80)℃
尺寸(高X宽X长)mm168X75X35;168X75X35主机200x140x60;
探头200x35x90
480X480X170
重量230g270g1870g23kg

翁开尔是德国析塔SITA中国独家代理,如需了解各种关于析塔表面张力仪信息以及应用,欢迎致电【400-6808-138】咨询。