半导体前端制造

精确处理晶圆以制造硅芯片

前端制造（FeM）是半导体制造过程中的关键步骤。这个阶段通常称为晶圆制造，涉及对晶圆进行精确而复杂的处理，以制造可用于生产的硅芯片。鉴于集成电路（IC）以纳米为单位进行测量，通常太小以至于肉眼无法看到，因此 FeM 需要卓越的精度、准确度和均匀性。该工艺涉及高质量的程序和专门的化学品和设备，以实现令人难以置信的严格公差。

1. 晶圆抛光

研磨和化学机械抛光（CMP）是创建均匀平坦的晶圆表面的重要步骤。CMP 后，晶圆达到镜面般的光洁度。

为了在用于抛光的浆料中获得完美的机械性能，公司可以使用非接触式称重和计量设备进行配比。准确称量抛光液的各个成分对于避免损坏晶圆和晶圆加工设备至关重要。梅特勒托利多的高精度称重平台可称量高达 300 kg，分辨率高达 750,000d。机器内部调整简单，确保批次质量始终如一。对于重达 5000 kg 的料罐称重应用，带有 IND360 紧凑型自动化指示器的 PowerMount™ 称重模块是理想的选择。它们提供这些过程通常所需的高精度、可靠性和实时状态监测。

这些解决方案还可以轻松集成到您的系统中，从而减少停机时间并简化集成过程中的工作。

在抛光过程中，必须监测各个阶段浆料混合物中分散固体的百分比，以确保最佳抛光程度。快速水份测定仪可以轻松高速地实现这一点。

监测 CMP 浆料的 pH 值和电导率水平对于保持稳定的胶体浆料和确保晶圆表面的质量和一致性至关重要。pH 值的任何微小变化都会影响浆料的化学反应性和材料去除率，而电导率有助于监测晶片和浆料之间的电相互作用。为了应对这一挑战，梅特勒托利多提供了多种在线和离线 pH 和电导率传感器。

2. 外延

单独的抛光晶圆并不适合集成电路，因为它缺乏所需的氧化剂和合适的蚀刻表面。外延生长阶段沉积一层无缺陷的硅薄层，为进一步加工准备晶圆。

梅特勒托利多的台秤和平台秤紧凑、可靠、坚固耐用，并通过了 IP 认证，有助于在一段时间内连续监测柜式或 Y 型钢瓶中的气体。

3. 氧化

热氧化在晶圆上生长了一层二氧化硅，形成了对 IC 功能至关重要的出色绝缘体。此步骤可确保电流沿着芯片内的正确路径流动，这是器件性能的基础。

4. 光刻

光刻技术通过三个步骤过程为晶圆进行蚀刻准备：

光刻胶应用：将光敏材料应用于晶圆。
遮罩和曝光：晶圆的一部分被遮罩，其余区域暴露在紫外线下。
显影：显影曝光的光刻胶，将图案永久转移到晶圆上。

pH 值在半导体制造的光刻胶开发步骤中起着至关重要的作用。显影液的 pH 值通常是碱性的，对于在正极过程中溶解曝光的光刻胶或在负极过程中选择性地去除未曝光的光刻胶至关重要。保持一致的 pH 值可确保精确的模式转移和一致的显影速率，防止显影不足或过度显影。此外，正确的 pH 平衡支持光刻胶材料的化学稳定性和灵敏度。显影后，具有适当 pH 值的冲洗液有助于中和残留的显影剂并防止副反应。

为了更好地了解此步骤中芯片和光刻的理化行为，可以使用差示扫描量热法（DSC）和 XPR 微量天平。

5. 蚀刻

蚀刻，无论是化学蚀刻（使用酸和碱）还是基于等离子体的蚀刻，都可以去除二氧化硅的暴露区域，将光刻胶图案高精度地转移到晶圆上。

化学蚀刻通常涉及氢氟酸等酸或氢氧化钾等碱，它们决定了溶液的强度和反应性。pH 值直接影响蚀刻速率：酸性或碱性溶液通常蚀刻得更快，而不太极端的 pH 值会减慢工艺。蚀刻溶液中 HF 和 HNO3 的浓度，以及蚀刻时形成的 H2SiF6 浓度，都可以使用连接到超越系列滴定仪的 InMotion™ 自动进样器通过滴定安全地测定，以确保用户安全。

紫外/可见分光光度法可以确定蚀刻剂浓度在精确蚀刻过程中保持在所需范围内。此外，紫外/可见分光光度法通过观察溶液吸光度的变化来帮助终点检测，从而指示蚀刻过程何时完成。