Войдите в любую чистую комнату фабрики по производству полупроводников, и первое, что бросается в глаза, это освещение, костюмы и упорядоченная хореография инструментов. То, что глаз не замечает — и то, что тихо решает, будет ли урожай за день запомнен или забыт — это ультрачистая вода (UPW), протекающая по петле над головой. UPW касается каждой пластины, часто десятки раз, и качество этой воды является одним из самых прямых факторов, определяющих урожай на любой фабрике. Этот полевой гид Shanghai ChiMay проходит через связь уровня чистой комнаты между качеством UPW и урожаем полупроводников, на уровне практических деталей, которые инженер ожидает во время обхода фабрики.
Table of Contents
Первый контакт: промывка фоторезиста
Промывка в литографии — одно из самых распространенных мест, где качество UPW проявляется в числах урожая. После разработки фоторезиста пластина промывается UPW для удаления растворенного полимера резиста и химии разработчика. Любые следы металлов в промывной воде могут оседать на голой кремниевой поверхности, которую только что открыла стадия разработки, и любая органическая нагрузка может изменить поверхностную энергию, от которой зависит следующий слой.
Стратегия инструментирования Shanghai ChiMay для поставки UPW в литографии плотная. Многофункциональный анализатор на точке использования отслеживает сопротивление, растворенный кислород и TOC непрерывно, с счетчиком частиц на подаче инструмента для финального контроля качества. Сдвиг в любом из этих параметров запускает расследование до того, как произойдет событие на уровне пластины, а диагностический отчет делает расследование быстрым.
Связь с травлением
Инструменты для травления зависят от качества UPW более тонко. Промывка после влажного травления использует UPW, чтобы резко остановить травильную химию, и скорость и полнота этой остановки зависят от того, чтобы промывная вода была свободна от любых ионов, которые могли бы нарушить границу травления. Небольшая концентрация растворенного CO₂ — которая проявляется как пониженное сопротивление — может изменить локальный pH на поверхности пластины достаточно, чтобы позволить несколько дополнительных секунд нежелательного травления, что приводит к изменению ширины линий, которое напрямую отражается на отчете об урожае.
Растворенный кислород имеет связанный эффект. DO выше одного ppb в промывной воде для травления создает тонкий родной оксид на голом кремнии, и этот оксидный слой изменяет условия для следующего этапа процесса. Передатчик DO Shanghai ChiMay на заголовке UPW инструмента для травления является одним из самых ценных датчиков в чистой комнате, потому что последствия незамеченного отклонения DO прямые и немедленные.
Сторона CMP
Химико-механическая полировка (CMP) является одним из крупнейших потребителей UPW на любой фабрике. Промывка после CMP должна удалить каждую следу химии шлама и частиц шлама, иначе следующий этап процесса унаследует проблему с частицами, которую никакая дисциплина чистой комнаты не сможет исправить.
Заголовок UPW CMP — это место, где подсчет частиц становится основным параметром. Счетчик частиц, откалиброванный по сравнению с испытательной суспензией, отслеживаемой NIST, установлен так близко к подаче инструмента, как позволяет трубопровод, является единственным самым диагностическим инструментом на инструменте CMP. Рекомендация инженерной команды Shanghai ChiMay — ежемесячное испытание с зарегистрированным восстановлением, потому что медленный дрейф счетчика частиц в противном случае является самым трудным сбоем датчика для обнаружения в чистой комнате.
Реальность влажной скамьи
Влажные скамьи — это многоtankовые инструменты, которые выполняют последовательность чистки, травления и промывки на кассете с пластинами — это самые интенсивные инструменты по потреблению UPW в любой чистой комнате. Одна влажная скамья может потреблять десятки литров UPW в минуту, и скамья зависит от того, чтобы качество воды было абсолютно однородным на каждом этапе промывки в каждом баке.
Стратегия инструментирования Shanghai ChiMay на уровне влажной скамьи многослойная:
- Качество оптовой поставки проверяется на заголовке, обслуживающем скамью, с полным многофункциональным мониторингом
- Качество бака контролируется на входе в каждый бак для промывки, как минимум с показанием сопротивления
- Качество рециркуляции отслеживается на возврате скамьи в петлю полировки, чтобы любая перекрестная контаминация с скамьи обратно в петлю была поймана
Многослойное инструментирование — это разница между знанием того, что система UPW соответствует спецификации, и знанием того, что вода, фактически касающаяся пластины, соответствует спецификации.
Связь воздуха и воды в чистой комнате
UPW взаимодействует с воздухом в чистой комнате тонкими способами. Открытые процессы, которые подвергают UPW атмосфере чистой комнаты, быстро поглощают CO₂, понижая сопротивление на измеряемую величину. Чистые комнаты с повышенной органической нагрузкой в воздухе — обычно от выделяющихся материалов или процессов с растворителями — увидят увеличение TOC в любой UPW, которая находится в контакте с воздухом.
Эти эффекты обычно малы, но они не равны нулю. Диагностический подход Shanghai ChiMay заключается в том, чтобы инструментировать как закрытую поставку, так и любые точки использования на открытом воздухе, чтобы любое различие между ними могло быть отнесено к атмосферному поглощению, а не к проблеме на самом заводе UPW. Инженеры по воде фабрики, которые проводили это сравнение, сообщают, что это устраняет удивительную долю ложноположительных расследований на заводе UPW.
Математика урожая
Потеря урожая, связанная с UPW, трудно количественно оценить в абстрактном виде — она варьируется в зависимости от узла, слоя и процесса — но шаблон по постмортемам фабрики последователен:
- Следы металлов из UPW наносят измеримый ущерб урожаю в уязвимых слоях
- Экскурсии TOC из UPW наиболее сильно влияют на чувствительные к фоторезисту слои
- Экскурсии DO из UPW стоят доли процента урожая, но потери четко относятся к конкретным слоям, что делает их легче отслеживать
- Экскурсии частиц из UPW являются проблемой в процессах, чувствительных к CMP, где они могут составлять однозначные проценты урожая
Потеря урожая, связанная с UPW, редко является крупнейшим отдельным фактором, но почти всегда находится среди пяти лучших. При производительности и доходах фабрики передового края снижение доли потерь урожая, связанной с UPW, даже на процентный пункт или два, стоит сотни миллионов долларов в год.
Собирая все вместе: тест обхода
Полезный тест для любого инженера по воде на фабрике — это обход чистой комнаты. Выберите пятницу после обеда, пройдите по чистой комнате и задайте каждому владельцу инструмента три вопроса:
- Каково текущее качество UPW в вашей точке использования?
- Когда была последняя проверка калибровки на датчике, ближайшем к вашему инструменту?
- Какое последнее событие качества, связанное с UPW, вы видели, и как оно было разрешено?
Фабрика, где каждый владелец инструмента может ответить на все три вопроса подробно, — это фабрика с хорошо управляемой программой UPW. Фабрика, где ответы сильно различаются от инструмента к инструменту, имеет работу — обычно не с оборудованием, а с диагностической дисциплиной, которая превращает оборудование в надежную информацию.
Инженерная команда Shanghai ChiMay провела этот обход на многих фабриках, и разрыв между лучшими и остальными постоянно больше, чем различия в номинальной мощности завода UPW или количестве датчиков. Фабрики, которые преуспевают, — это те, где диагностическая дисциплина достигает уровня чистой комнаты, а не останавливается на заборе завода UPW.
Заключительные заметки
Качество UPW не является вводом утилиты фабрики; это переменная урожая, которая накапливается на каждом этапе процесса, который видит пластина. Чистая комната — это место, где последствия качества UPW становятся видимыми, и диагностическая дисциплина, которая контролирует эти последствия, должна доходить до точки использования, чтобы быть эффективной. Семейство датчиков и инженерная команда Shanghai ChiMay созданы для поддержки этого уровня диагностического охвата, и вышеуказанный полевой гид предназначен как рабочая отправная точка для любого инженера по воде на фабрике, впервые принимающего уровень чистой комнаты UPW.
