点石成“芯” | 梅特勒托利多半导体行业关键参数检测方案

近年来半导体行业一直受到广泛的关注,无论是政策方面的影响,还是由于产能错配等因素带来的缺芯状况,以及近日头部厂商宣布代工费用涨价,都对于下游产业带来了巨大的影响,这也体现出半导体行业对于各行各业,尤其是科技产业的重要性。

人们对于半导体行业的关注往往集中于台积电、中芯国际等等头部晶圆厂,但实际上对于集成电路制造这样一个工艺流程精密而复杂的产业而言,其上游的各类材料也对工艺的良率有着巨大的影响,比如光刻胶、电子化学品等等。电子化学品按照种类分为通用湿电子化学品和功能湿电子化学品。通用型主要指硫酸、氢氟酸、过氧化氢等大量使用的高纯液体化学品;功能型则为混配后满足特殊工艺需求的化学品,如刻蚀液、显影液、剥离液等等。

在半导体行业下游蓬勃需求下,已经有众多企业布局电子化学品业务,但想要达到实际制程工艺的需求,仍然存在一定的挑战。那么在电子化学品生产过程中,有哪些重要的测量环节需要关注呢?

实验室检测

电子化学品主要用于半导体湿制程工艺,基本要求是超纯超净,对于杂质含量十分严格。根据SEMI标准,用于集成电路的G4/G5等级电子化学品杂质需要控制在ppb级别,甚至到达ppt级别。

另一方面由于不同工艺流程使用化学品种类的不同,会对同类化学品稀释得到不同浓度的药液,或者不同种类的化学品混配,以满足特定工艺段的应用需求。因此无论是在电子化学品的生产端和使用段,都涉及到对于化学品实际浓度的直接测定,确保使用的化学品浓度符合工艺段的需求,以避免影响生产。

在常规的电子化学品测试过程中,一般采用电位滴定仪法对其浓度进行测定,针对单组份样品的测定选择合适的滴定剂和方法即可,如对于双氧水溶液,可参照国标GB/T 1616-2014进行测定,使用高锰酸钾或者硫酸铈作为滴定剂进行测定,操作简单,检测快速(3-5min),测定结果准确,测定重复性相对标准偏差可控制在1%以内。

对于一些混配的溶液各组分的浓度测定则需要根据各组分的情况来设定方法测定,如常用的铝刻蚀原液中包含硝酸、磷酸、醋酸三元混酸,可以根据不同酸的pKa值不同分别加以测定,测试曲线如下图所示:

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双氧水溶液的滴定曲线

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三元混酸滴定曲线

梅特勒托利多自动电位滴定不仅能够快速准确的针对电子化学品浓度进行测定,同时其辅助的功能也能够更好地从细节上便于客户使用,如24位自动进样器提供自动化解决方案节省操作时间,Cover up自动揭盖及溶剂管理器功能实现更好对于实验人员健康的保护等等。

对于电子化学品的其他参数,如水分含量、密度、pH电导等等参数,梅特勒托利多也能够提供检测方案,尤其是对于各项仪器设备的联用,能够提供更加智能的解决方案,如天平和滴定仪的联用,确保称量数据直接传输的Smart Sample功能。

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自动电位滴定仪

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微量天平

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卡尔费休水分仪

称重

半导体行业中称重应用的场景非常多,贯穿整个生产过程。其应用可分为以下几个方式:

物料输送管理

在生产原料进出工厂和车间过程中需要有快速准确的重量数据,并及时提供给数据管理系统和生产控制系统,保障生产过程精 准、高效和安全。梅特勒托利多数字汽车衡能及时将物料重量数据上传到管理系统,数字称重模块能将原料罐、暂存料罐及中间的物料重量及时上传控制系统,保障生产的连续和效率。

配料过程管理

在配料生产过程中,梅特勒托利多的高、中精度数字模块能充分满足光刻胶、蚀刻液、研磨液、湿电子化学品等电子化学品对配料精度的要求,C10精度的模块能达到0.01%计量精度,PBK/PFK工业高精度平台秤采用全新的电磁力补偿技术,能帮助企业在0.6kg-3000kg量程中间高精度称量要求,满足企业30,000e计量精度等级。同时模块的故障自动报警和免标定的性能避免了残次品的产生,提高了设备维护的效率;梅特勒托利多的产品能满足企业防爆场合的应用。

包装质量管理

在包装过程中称重和包装完成后的重量复核,梅特勒托利多的数字平台秤台秤能帮助企业由于包装设备精度不够给企业带来损失,C3C6C10不同精度的设备,能满足企业不同场合的称重应用。

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数字称重模块

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高精度称重模块

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数字汽车

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高精度平台秤

过程控制

在电子化学品的纯化工艺中,常见的有精馏法,气体吸收法,亚沸蒸馏等。其中在气体吸收的工艺中,为了确保化学品的超高纯净度,需要用到和半导体晶圆制造同等级别的电子级超纯水。

梅特勒托利多的Thornton产品于1964年将独特的电阻率产品应用半导体行业超纯水检测。随着半导体科技的发展,电子级超纯水的标准也越来越严苛。梅特勒托利多在过去的几十年中陆续推出了超纯水pH, ORP(氧化还原电位),溶解氧,溶解臭氧,总有机碳(TOC), 浊度,痕量硅检测等一些列产品,为半导体客户解决超纯水在线分析的难题,提升半导体制造良率。

同时,梅特勒托利多的Ingold产品系列,例如在线pH分析仪在各种环境中提供准确的过程pH测量,并使用数字智能传感器管理(ISM)技术的pH分析仪和ORP分析仪通过集成的预测性诊断帮助减少维护工作量。另外利用7250传感器,配合变送器中内置的多种曲线,可以轻松精准检测多种酸、碱、盐的浓度。

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总有机碳TOC分析仪

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硅分析

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电阻率测量传感器

包装

半导体原材料端(如电子化学品和光刻胶)的液体灌装应用必不可少,梅特勒托利多具有搭配洁净室的高精度定量灌装系统方案:过流件PFA材质保证成品符合SEMI G1-G5的不同等级要求。

设备结构针对电子化学品高纯特性进行了全新设计,避免机械摩擦带来的颗粒污染,搭配洁净室方案,全方位控制成品质量。在灌装过程中过流件全PFA材质,配合高度的自动化水平,减少人工干预,节约人力成本,保证过程的可重复性,工作过程可视化全透明,杜绝成品包装过程中的污染。

由于PFA等纯净材质的加工工艺复杂,流体截止控制和防滴漏模块尤为重要,我们可以提供完备的接液系统和大小阀门双管路高精度控制,保证灌装车间的卫生环境和成品精度,防止液体过量灌入带来的泄露污染和成本损失。运输端我们搭配成熟的管理系统,个性化设置配方和大桶小桶切换。让生产井井有条,所有关键数据一键显现。

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半自动灌装系列

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全自动灌装系列

除上述环节,半导体的生产过程还有很多测量参数值得关注,梅特勒托利多也都拥有非常成熟的解决方案,覆盖从研发,生产,质检各个环节,应用于各大知名半导体企业!

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