标准清洗槽中的质量参数的监控方法

高效的硅片清洗需要最佳的工艺控制，以确保在不增加额外缺陷的情况下提高产品产量，同时提高生产率和盈利能力。

硅半导体器件是在高度抛光的晶片上制造的。晶圆上的划痕和其他缺陷可能会影响最终产品的性能。因此，表面准备是获得干净、镜面抛光、未受损硅表面的关键步骤。化学清洗是一种行之有效的方法，用于去除晶圆表面的污染物。最常见的工艺是RCA清洗，通过两个连续的标准溶液清洗晶圆。标准清洁1 SC1浴(或氨过氧化物混合物APM)由NH4OH和H2O2组成。标准清洁2 SC2浴由盐酸和H2O2制成。有效清洗晶片的关键因素是清洗槽的停留时间和最佳化学浓度。对主要SC1/SC2槽成分的快速在线监测保证了晶片产量的增加，同时降低了缺陷密度。

SC1浴从晶片上去除颗粒、薄膜和有机残留物，并在表面形成薄氧化层。然而，过渡金属氢氧化物也可以保留在晶片表面上。也就是说，在后化学机械平面化化学机械抛光清洗顺序中，SC2浴变得至关重要。SC2浴是酸性的，有助于去除表面的碱和过渡金属。这种清洗过程在晶片表面留下一层薄的钝化层，以避免未来的污染。

图1 用于清洗液分析的在线近红外光谱(NIRS)系统配置

导体器件越小，从硅片表面去除小颗粒就越困难。因此，半导体制造商在洁净室内部的湿台中执行标准清洁步骤，以控制环境并避免进一步污染。这种设置留给安装分析系统的空间非常有限。此外，应避免在洁净室区域内进行任何化学处理，以提高人身和生产安全，并避免污染晶圆。

在标准清洗液中同时监测多个参数的一种更安全、更高效、更快速的方法是使用无试剂近红外光谱(NIRS)进行在线分析。浴槽的实时分析将化学物质浓度保持在严格的规格范围内，将它们的消耗量减少了约25%，每年为每个浴槽组件节省数万美元。

当洁净室空间有限时，过程分析仪可以安装在地下核心设施的洁净室外，或者只是安装在嵌入处理单元或工具本身的湿工作台下面。仪器与采样点之间的距离（多路复用器选项可达9个）可以相隔数百米，并简单地与低色散光纤与仪器接口。所有工艺浴都有一个由PFA管制成的循环循环。过程分析公司设计和定制的流电池可以夹在这些管上，便于安装，无需修改现有的设置。只要夹住流动单元，然后开始测量。

图2 过程分析仪

图3  SC1浴中NH3和H2O2浓度的趋势图

过程中近红外光谱的好处：

提高产品产量、再现性、生产率和盈利能力(减少晶圆报废)。

通过持续监控标准浴槽，有效清洁晶圆。

每个测量点节省更多成本，使结果更具成本效益。

由于实时监控和操作人员不接触化学试剂，生产更加安全。

为了建立一个校准模型，需要一个覆盖该过程的适当的样品范围。这些样品将通过NIRS和参考方法进行分析。NIRS数据的精度与参考方法的精度直接相关。其他应用可用于半导体行业，如：酸铜浴中的铜、硫酸和氯离子、混合酸蚀刻剂中的酸度、氢氟酸蚀刻剂、氢氧化铵和标准清洁浴中的盐酸。

NIRS分析可以将从过程到主要方法(如滴定、卡尔费舍尔滴定、HPLC、IC)进行比较，为您的过程需求创建一个简单但不可或缺的模型。通过Metrohm过程分析NIRSXDS系统获得对生产的更多控制，能够通过多路复用器选项监控多达9个流程点。