Контроль следовых загрязнений в полупроводниковых жидкостных сетях для повышения выхода пластин

Управление производительностью на современном заводе по производству полупроводников — это в основном работа по управлению частицами. Поскольку геометрия транзисторов сжимается до пороговых значений ниже-трех-нанометров, традиционные загрязнения макро-уровня больше не являются единственной угрозой. Микроскопические изменения химической чистоты, незначительные колебания давления и следы металлических ионов в технологическом потоке теперь напрямую вызывают катастрофические отказы чипов.

Хотя параметры инструмента, такие как плотность плазмы и фокусировка лазера, привлекают наибольшее внимание, физическая инфраструктура, доставляющая химикаты, растворители и сверхчистую воду на мокрый стол, часто является причиной потери производительности.

 

 

Полупроводник

 

Классификация технологических дефектов и основные причины жидкой-фазы

Дефекты, обнаруженные во время встроенной проверки, обычно классифицируются либо как внутренние аномалии материала, либо как-вызванные процессом загрязнения поверхности. Дефекты решетки, включая вакансии и дислокации, обычно возникают в результате начального роста слитка. С другой стороны, перемычки, узорчатые кристаллические дефекты и разрушение затворного оксида почти всегда возникают во время литографии, зачистки, травления или химико-механической планаризации.

На этапах влажной химии поверхность кремниевой пластины очень реактивна и уязвима для любых посторонних веществ, взвешенных в технологических химикатах. Если в линию подачи попадают частицы суб-микронного размера, эти зерна во время осаждения застревают между тонкими металлическими линиями, вызывая немедленное электрическое короткое замыкание.

Химическое загрязнение еще более коварно. Ионы тяжелых металлов, таких как железо, медь или хром, могут диффундировать прямо в кристаллическую решетку кремния, создавая ловушки глубоких-уровней, которые вызывают высокий ток утечки в режиме ожидания. Это приводит к скрытым дефектам, когда чип проходит первоначальное параметрическое тестирование, но преждевременно выходит из строя после установки на серверах или транспортных средствах.

Следующая матрица связывает эти структурные сбои на микро-уровне непосредственно с конкретными уязвимостями в трубопроводах подачи жидкости.

 

Таблица 1. Типы дефектов полупроводников и влияние контроля жидкости

 

Категория дефекта	Микроскопическое проявление	Основная причина процесса	Решение для гидравлической инфраструктуры
Точечные дефекты	Посторонние металлические примеси, внедренные в кристаллическую решетку кремния.	Химическое загрязнение из-за выщелачивания стенок труб или плохого качества сплава.	Использование компонентов высокой-чистоты со строгой сертификацией материалов.
Обработка-индуцированных частиц	Поверхностные мосты, вызывающие короткие замыкания между параллельными проводящими линиями.	Микроскопические фрагменты, образовавшиеся в результате износа компонентов или внешних утечек воздуха.	Установка фитингов Camlock с высокими-допусками для обеспечения герметичности окружающей среды.
Дефекты объема и слоя	Локальное расслоение, неравномерная толщина пленки или изменения травления.	Скачки давления и турбулентные потоки во время подачи химикатов.	Интеграция прецизионно-сантехнических клапанов, обработанных механической обработкой, для обеспечения линейного потока,-без вибрации.

 

Управление совместной целостностью при доставке химикатов в больших количествах

Системы распределения сыпучих химикатов и установки для смешивания химикатов ежедневно работают с агрессивными кислотами и абразивными суспензиями. Эти системы требуют регулярной замены контейнеров, продувки линий и замены фильтров. Каждый раз, когда соединение открывается для технического обслуживания, весь контур жидкости подвергается внешним рискам, включая влажность окружающей среды, воздух в чистых помещениях и человеческие ошибки.

Чтобы сократить время простоя инструмента во время замены химикатов, на предприятиях используются быстроразъемные-муфты. Определение надежногоКамлок Фитингипозволяет техническим специалистам быстро блокировать и разблокировать линии подачи, сводя к минимуму время, в течение которого внутренняя сантехника подвергается воздействию воздуха. Однако стандартные муфты коммерческого-класса часто имеют дефекты литья, острые внутренние выступы или глубокие щели возле седла прокладки.

Эти плохо обработанные участки действуют как мертвые зоны, где застоявшиеся химические вещества скапливаются, кристаллизуются или разлагаются. Когда свежий химикат проходит через линию, он высвобождает эти кристаллизованные куски, превращая их в частицы-убийцы, которые обходят фильтрацию и приземляются на пластину.

Механическая установка соединения также определяет возникновение кавитации. Когда жидкость с высокой-скоростью проходит через несоосное или слабосвязанное соединение, локальная скорость увеличивается и давление жидкости падает ниже точки ее испарения. При этом образуются микро-пузырьки пара, которые резко разрушаются при восстановлении давления ниже по потоку.

Ударные волны этой микро-кавитации физически разрушают внутренние стенки расположенных ниже по течению водопроводов, снимая пассивирующие слои и образуя хлопья нержавеющей стали. Фитинги Camlock с высокими-допусками имеют прецизионную-расточную внутреннюю часть, которая идеально совмещается с внутренним диаметром трубы, поддерживая плавный профиль скорости и останавливая кавитацию до ее начала.

 

ЛИДТЕК Камлок А

 

Предотвращение захвата частиц и сдвигового удара в клапанах

Фитинги образуют каркас трубопровода, а клапаны выполняют динамическую работу по дросселированию, изоляции и направлению потока. Стандартные промышленные клапаны являются основным источником потери производительности, поскольку их внутренние полости позволяют частицам оседать. Суспензии CMP, которые содержат взвешенные абразивные частицы, такие как диоксид кремния или оксид алюминия, особенно склонны к выпадению суспензии, когда скорость потока внутри корпуса клапана снижается. Когда клапан срабатывает, эти уплотненные отложения сжимаются, сдвигаются и смываются в технологический инструмент в виде крупных агломератов, которые царапают поверхность пластины.

Чтобы устранить эти мертвые зоны, в технологических линиях высокой-чистоты используются электрополированныеСанитарные клапаныв критических контурах потока. Эти клапаны имеют конструкцию с нулевым-внутренним-полостями и сверх-гладкими внутренними поверхностями, что обеспечивает постоянство скорости жидкости по всему корпусу клапана.

Зеркальная отделка удаляет микроскопические точки крепления, где бактерии, полимеры или частицы суспензии могут прилипать к стенам. Во время стандартных циклов очистки-на-месте или промывки водой- промывочная жидкость очищает весь внутренний объем, не оставляя остатков, которые могли бы загрязнить следующую партию химикатов.

Помимо контроля частиц, клапан должен работать, не нарушая давление в линии. Во время прецизионного травления или химического осаждения из паровой фазы подача жидкости должна быть плавной и линейной. Если шток клапана дребезжит или вызывает эффект гидравлического молота при закрытии, возникающая волна давления распространяется по линии и вызывает вибрацию распылительных форсунок внутри технологической камеры.

Эта незначительная физическая вибрация разрушает пограничный слой жидкости на вращающейся пластине, вызывая неравномерную толщину пленки или локальное пере-травление. Усовершенствованные компоненты управления потоком используют сбалансированную внутреннюю геометрию для равномерного распределения давления жидкости, обеспечивая плавное срабатывание и стабильное давление на выходе.

В приведенной ниже матрице компонентов подробно описано, как выбор правильного формата оборудования устраняет эти конкретные режимы отказа конвейера.

 

Таблица 2. Матрица выбора компонентов жидкости

 

Тип компонента	Основная функция	Основное преимущество
Камлок Фитинги	Быстрое и надежное подключение к водопроводу	Предотвращает застой жидкости и внешние утечки
Санитарные клапаны	Сверх-чистое регулирование потока	Устраняет внутреннее накопление частиц

 

Металлургия и испытания на выщелачивание как критерии качества

Химическая совместимость металлургической системы является последней защитой от микроионного загрязнения. Стандартные марки нержавеющей стали часто содержат микро-включения сульфида марганца, углерода или кремния. При воздействии сильнокоррозионных химикатов, таких как горячая фосфорная кислота или перекись водорода, эти поверхностные включения растворяются, подвергая необработанные границы зерен стали постоянному химическому воздействию. Этот процесс выщелачивания высвобождает свободные ионы металлов непосредственно в химический поток, что ухудшает характеристики транзистора, если они достигают поверхности кремния.

Предотвращение этой формы деградации материала требует строгого контроля качества на этапах литья и механической обработки. Компоненты высокой-чистоты должны пройти строгую проверку материалов, включая оптическую эмиссионную спектроскопию для определения состава сплава и ультразвуковой контроль для выявления подповерхностных пустот.

Соблюдение этих строгих производственных стандартов гарантирует, что оборудование может выдерживать постоянное воздействие агрессивных сред в течение длительного жизненного цикла, не выделяя ионов металлов и не способствуя загрязнению процесса.

 

Интеграция жидкостных систем в стратегии урожайности

Борьбу с загрязнениями невозможно обеспечить исключительно за счет фильтрации воздуха в чистых помещениях или оптимизации рецептуры-на уровне инструмента. Реальное сокращение дефектов требует всестороннего анализа всей сети доставки жидкостей. Один суб-оптимизированный клапан или незакрепленное соединение трубопроводов сведут на нет работу дорогостоящих фильтрующих установок, расположенных ниже по потоку.

Переход на высокоточные-системы соединений и тщательно отполированные компоненты управления потоком позволяет производителям пластин устранять материальные и механические изменения, вызывающие дефекты пластин. Использование надежных гидравлических соединений вместе со специализированными клапанами создает стабильную, чистую и воспроизводимую химическую среду. В отрасли, где одна суб-микронная частица может превратить микрочип с высокой-прибылью в металлолом, аппаратное обеспечение, переносящее жидкость, напрямую связано с чистой прибылью завода.