od体育官网下载:晶圆厂中的“超纯水”你真的了解吗?

发布时间:
2024-01-07 22:50:20
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产品介绍

  超纯水是微电子行业的工艺用水,半导体工厂会大量使用超纯水,主要用于各个制程前后的湿法清洗。超纯水中的任何污染物都会对产品良率造成影响,例如金属离子,有机物,细菌微生物,颗粒物,硅和溶解气体,不同的制程对于超纯水的规范要求如表1所示。

  对于超纯水中的溶解气体,溶解氧会导致二氧化硅薄膜生长,互联线路腐蚀等问题,溶解二氧化碳会导致阴离子超标,设备运行不稳,水质电阻不达标等问题,溶解气泡会导致晶圆表面润湿或图形缺陷等问题。因此超纯水溶解气体控制至关重要。

  超纯水生产有多道工艺逐级控制各种污染物,总得来讲分为第一阶段,预处理,主要包括多介质,活性炭,软化,超滤,两级RO,阴阳床,脱碳塔/膜接触器,各级加药等工艺;第二阶段,制成段,主要包括连续电除盐EDI,阴阳床,再生混床,UV, 第一级脱氧等工艺;第三阶段,抛光段,主要包括TOC-UV,抛光混床,终端超滤/终端滤芯,二级脱氧等工艺;典型的工艺流程如图1所示;

  对于溶解气体控制,同样贯穿于超纯水生产的整个工艺流程,包括预处理阶段的二氧化碳的脱除;制成阶段的二氧化碳和溶解氧脱除;抛光段的溶解氧脱除以及抛光段的溶解气体添加。综上所述,超纯水中的溶解气体控制主要有如下几个应用点,第一,超纯水脱氧;第二超纯水脱二氧化碳;第三超纯水加气-机能水应用;

  3M Liqui-Cel膜接触器产品已经广泛的应用于各Fab厂超纯水溶解气体控制应用,有超过40年成功应用历史,其稳定的性能和超长的寿命赢得了业主和合作伙伴的一致认可。关于Liqui-Cel膜接触器产品,下面我会简单给大家做个介绍。

  Liqui-Cel膜丝为中空纤维,300um外径,超高的封装率,产生了超大的气液接触界面和传质效率。超细的膜丝可以很好的承压,不会被外侧过大的水压压溃。

  Liqui-Cel膜丝通过编织排布行程膜垫,确保纤维外侧的液体和膜丝可以充分接触,减少旁通。编织结构也可以产生局部湍流,提高传质效率。精确的编织同时保证了产品的一致性。(编织图片)

  Liqui-Cel膜接触器控制溶解气体的原理在于亨利定律,也就是控制与液体接触气相中的气相分压来控制液体中的溶解气体。可以通过扫惰性气体或抽真空降低分压进行脱气,也可以增加分压进行加气,还可以控制一定的分压调节液体中的溶解气体。Liqui-Cel膜接触器通过中空纤维膜壁上的孔提供了巨大的气液两相接触界面,从而最大化气体传质。

  经过几十年的发展,Liqui-Cel已经形成全系列产品线,可以针对不同流量,不同应用,不同行业,不同规范要求,选择的膜组件。

  图5,Liqui-Cel全系列产品线M Liqui-Cel膜接触器针对不同应用,有多种工作模式,单一吹扫模式,单一真空模式,组合Combo模式和鼓风模式。使用最多的是Combo组合模式,即一侧吹扫惰性气体,另一侧抽线,Liqui-Cel膜接触器各工作模式

  溶解氧对于半导体制程至关重要,超纯水中的溶解氧会直接导致硅晶圆热氧化,铜互连的氧化腐蚀等问题,会直接导致良率下降和设备及工艺问题。不同线宽的集成电路对超纯水中溶氧的指标有所不同,如表1所示,通常40nm以下制程,溶解氧指标都要求在1ppb以下,甚至大部分12英寸Fab厂甚至一些8英寸Fab也提升对溶氧的要求到1ppb以下。

  溶解氧控制在半导体超纯水生产工艺中主要有两个位置,如图1所示,一个在制成段,去除超纯水中绝大部分溶解氧,通常安装在混床或EDI后,纯水箱之前,将水中的溶解氧从饱和溶氧降低到30ppb以内,甚至10ppb以内。也可以安装于EDI前,脱除二氧化碳的同时,同步脱除溶解氧。由于该脱氧位置脱除大部分溶氧,也叫第一级脱氧或主脱氧。第二个脱氧位置在抛光段,用于将残余的极少量溶氧降低到规范以下,通常在3ppb或1ppb以下,并维持抛光段循环的水一直维持超低氧运行,时刻满足POU用水点需求,这个位置叫二级脱氧,由于抛光段对于纯度的要求很高,该阶段的脱氧设备所有接液材料需要同时满足高纯要求。二级脱氧通常安装在抛光混床后,也有安装于抛光混床前,TOC-UV后的位置。安装于TOC-UV后时,要避免TOC-UV过量的羟基氧化Liqui-Cel膜接触器。

  第一级脱氧通常要求99.5%以上的脱除效率,因此需要多级膜组串联,通常是来实现。采用高纯氮气吹扫和真空组合模式,最大化脱氧效率。该级脱氧最常用的膜组件规格为14x28或14x40。单只14x28膜最大流量在90立方。第二级脱氧由于高纯度要求,通常选用10x28,玻璃钢内衬PVDF膜壳,如图8所示,

  脱除二氧化碳多用于水体含有过多的二氧化碳或高碱度的场合。二氧化碳通常会以游离二氧化碳或碳酸氢根的形式存在,会增加阴离子交换树脂的工作负荷,会导致EDI出水电阻不稳定,会减少硅和硼的去除率。因此阴床或混床前脱除二氧化碳可以延长使用周期至少2倍以上,减少再生频率及其相关的化学品和水消耗。EDI对入水游离二氧化碳浓度有限制要求,就是为了减少二氧化碳对EDI出水和运行的影响。通常游离二氧化碳的浓度被要求在5ppm以下,也有客户提出更高要求,二氧化碳脱除到1ppm以下。

  Liqui-Cel膜接触器脱除二氧化碳有多个安装位置,如图1所示,可以安装于预处理阶段,比如一二级反渗透膜直接之间,用于替代添加氢氧化钠,对于一些高碱度水质,一级RO+Liqui-Cel+EDI可以很好的替代两级RO+EDI工艺,减少系统投资成本和运行能耗。Liqui-Cel膜接触器还可以替换脱碳塔,用于阴阳床之间,或者用于混床前,用于EDI前。相对于加碱和脱碳塔工艺,Liqui-Cel脱二氧化碳优势汇总如表2所示:

  除了从超纯水中脱除气体,为了满足某些特定半导体机台的使用要求,还需要向超纯水中添加气体,比如氮气,氢气,二氧化碳气体,用来满足机台特定的机能,比如添加氢气或氮气提高一些机台对于一些纳米级颗粒的清洗效率,添加二氧化碳提高超纯水电导,有利于提高CMP后清洗效率,或者添加二氧化碳改变水PH值等,因此这些加气的超纯水又称为机能水。

  加氮机能水是半导体工艺常用的机能水,通常经过二级脱氧后,超纯水中溶氧小于1ppb,溶氮小于3ppm,而机台要求溶氮达到7ppm甚至更高到饱和溶氮甚至过饱和溶氮。而溶氮可以简单的通过在二级脱氧后再增加一级Liqui-Cel膜接触器来进行加气。加氮机能水可以很好的配合工艺,产生小的气穴,提高对一些纳米级颗粒的去除率。

  3M Liqui-Cel膜接触器除了广泛的应用于半导体超纯水工艺,还用于半导体其他需要控制溶解气体的流体,比如用于镀铜机台电镀液脱除气泡,还可用于半导体厂高氨氮废水处理,脱除水中的氨氮,更多的内容会在后续内容向大家揭晓。关于更多的Liqui-Cel超纯水应用案例和其他半导体应用相关案例,欢迎浏览3M网站或者3M工业过滤专家公众号,也欢迎来电咨询,3M技术和业务团队随时准备为您服务。

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