在半導體晶圓生產(chǎn)流程中，超純水是貫穿清洗、光刻等多個關(guān)鍵工序的基礎介質(zhì)，水體內(nèi)部的硅雜質(zhì)會對芯片品質(zhì)形成明顯影響。生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)顯示，當超純水全硅濃度超出規(guī)定閾值后，光刻環(huán)節(jié)良品率會出現(xiàn)明顯下滑，芯片漏電流也會隨之上升。因此，針對超純水全硅含量開展常態(tài)化監(jiān)測，已經(jīng)成為半導體生產(chǎn)品質(zhì)管控的重要組成部分，各類硅含量檢測設備也成為產(chǎn)線水質(zhì)防護的常用工具。
目前國內(nèi)外針對半導體用超純水全硅含量，已形成完善且分級明確的管控標準。國內(nèi)執(zhí)行 GB/T 11446.1-2013《電子級水》標準，該文件將電子級水劃分為四個等級，結(jié)合全硅含量、電阻率劃分使用場景，適配不同制程與工序需求。其中 EW-Ⅰ 級水全硅含量限值不超過 2μg/L，25℃環(huán)境下電阻率不低于 18MΩ?cm，多用于 14nm 以下先進制程的晶圓清洗工作；EW-Ⅱ 級水全硅含量限值為 10μg/L，電阻率不低于 15MΩ?cm，適配 28 至 45nm 制程晶圓清洗；EW-Ⅲ 級水全硅含量控制在 50μg/L 以內(nèi)，電阻率不低于 12MΩ?cm，主要用于封裝測試工序；EW-Ⅳ 級水全硅含量限值放寬至 1000μg/L，電阻率不低于 0.5MΩ?cm，一般應用于輔助清洗工序。
國際領域中，SEMI 系列標準對不同晶圓產(chǎn)品與先進工藝制定了細化要求。SEMI F63 標準針對 12 英寸晶圓生產(chǎn)線作出規(guī)定，UPW 系統(tǒng)終端出水的可溶性硅含量需控制在 1μg/L 以內(nèi)，總硅含量不超過 2μg/L。面向 EUV 光刻等前沿工藝，SEMI F75 標準提出膠體硅需單獨檢測，其濃度宜維持在 0.5μg/L 以下。一系列標準的落地實施，對全硅檢測設備的計量能力提出了相應要求。
現(xiàn)階段超純水全硅檢測主要分為實驗室分析與在線自動監(jiān)測兩大方向。實驗室檢測依照 GB/T 11446.6-2013 規(guī)范開展，采用鉬藍分光光度法，該方式檢出限可達 0.5μg/L，檢測結(jié)果準確度穩(wěn)定。在線監(jiān)測設備多為硅酸根分析儀，依托光電比色法工作，通過監(jiān)測硅鉬藍絡合物吸光度變化，完成硅含量的連續(xù)定量分析。對比傳統(tǒng)實驗室取樣檢測，在線監(jiān)測可大幅縮短檢測時長，降低批量產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題的概率。
結(jié)合半導體產(chǎn)線多元化使用需求，西安贏潤環(huán)保科技集團打造了臺式與在線兩款全硅檢測設備，組成成套監(jiān)測方案。ERUN-ST3-C5 臺式硅酸根分析儀搭載全自動分析程序，配備 5 英寸彩色觸控屏幕，支持中英文操作切換。設備設置 0～200μg/L、0～2000μg/L 兩個測量量程，示值誤差處于合理范圍，分辨力可達 0.01μg/L，同時具備自動清洗、參比液同步測量功能，適合混床出水、EDI 超純水終端等節(jié)點的水質(zhì)抽檢工作。
ERUN-ST3-C5 臺式硅酸根分析儀
配套的 ERUN-SZ3-C5 在線硅表監(jiān)測系統(tǒng)，支持 1 至 6 個通道靈活選配，在耗材使用上實現(xiàn)優(yōu)化，試劑消耗量相比傳統(tǒng)設備有所減少，單次分析周期進一步縮短。設備采用雙光路檢測結(jié)構(gòu)，運行狀態(tài)穩(wěn)定，配備 4～20mA 標準信號輸出接口，整體尺寸適配 UPW 系統(tǒng)管路，便于現(xiàn)場安裝集成。根據(jù)某 12 英寸晶圓廠的實際應用反饋，兩款設備搭配使用連續(xù)運行期間，測量偏差保持在合理區(qū)間，設備日常維護工作量明顯減少，數(shù)據(jù)存儲時長可達十年以上，能夠滿足行業(yè)對于檢測數(shù)據(jù)可追溯的合規(guī)要求。
ERUN-SZ3-C5 在線硅表監(jiān)測系統(tǒng)
想要保障全硅檢測數(shù)據(jù)真實有效，實操過程中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)不容忽視。采樣容器優(yōu)先選用經(jīng)過 160℃高溫烘干 4 小時的石英瓶，避免塑料制品析出物質(zhì)干擾樣品。水樣采集完成后，建議在 30 分鐘內(nèi)完成檢測，防止空氣中二氧化碳與硅化合物發(fā)生反應，生成硅酸沉淀影響檢測結(jié)果。設備日常養(yǎng)護方面，每周可使用 10μg/L 標準溶液完成校準，每季度定期更換反應試劑，維持設備穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
隨著半導體產(chǎn)業(yè)向更小制程穩(wěn)步發(fā)展，超純水的水質(zhì)管控標準還會持續(xù)優(yōu)化，全硅在線監(jiān)測設備在生產(chǎn)體系中的作用也會愈發(fā)突出。依托成熟的檢測技術(shù)、完善的設備方案以及規(guī)范的操作流程，能夠持續(xù)為晶圓制造搭建可靠的水質(zhì)保障體系，助力國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步推進先進制程的研發(fā)與量產(chǎn)。
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