《电解抛光技术》word版.doc

电解抛光技术缘起半导体晶圆厂所用的设备及零组件都需要经过电解抛光处理，以确保流道表面的质量不会影响制程气体的洁净度及纯度。在目前半导体晶圆厂，以八吋晶圆厂为例，光是使用于传输制程气体系统的管件接头就至少需要20万颗。每一气体输送环节里都会影响到制程的可行性及良率，如何确保每一个经过电解抛光处理的零组件都能达到半导体SEMI的要求及质量，并确保质量的稳定及良率，是电解抛光技术发展重点之一。传统的电解抛光处理方式由于会用到大量人力，对于未来半导体产业高精度、高质量稳定性及大量的要求下，已不符合实际竞争环境。工研院机械所电解抛光技术开发一套半自动化电解抛光系统，期能在电解抛光质量上降低人为影响因子，并提高电解抛光的水平及质量，更重要的是，可以稳定性的量产高质量的电解抛光零组件，以符未来半导体产业发展趋势，且希望以最简单的操作方式来达到轻易控制电解抛光成果质量为目的，更可助于了解电解抛光制程中的参数变化对制程的影响，以得到最佳的电解抛光质量及结果。研发内容工研院机械所于92年度科专研发内容以半导体制程气体传输系统中常用的管件接头（Gland Fitting）为例，开发设计新式的电解抛光设备及系统，以改进传统电解抛光方法中常见的缺点，确保管件接头的电解抛光质量，提高电解抛光制程的效率。并针对电解抛光前后制程的洁净处理系统，同时开发出一组半自动传输清洗模块，可以更有效率及精确的进行电解抛光前后的超洁净制程处理，同样的可以增进电解抛光的效率。半导体制程设备零组件fitting的电解抛光处理主要的重点即在于fitting的内EP，传统上电解抛光最简易且直觉的方式，在适当的电解液温度、组成及施加的电压电流的范围内，表面即会开始进行电解抛光的及效果。但是伴随其它缺点也会产生，如：fitting表面会有电化学反应，不仅电解抛光效率变低，也会浪费电力，另外也不易确实掌控表面的电解抛光环境，且随着电解抛光时间增加，加工表面也会受到影响；另外表面碰触，易产生刮痕，影响产品外观及可靠度，且内表面与电极平行度的问题，造成内EP时电场强度不匀，甚至表面与电极触碰在一起而造成短路产生火花，使fitting的电解抛光过程中无法稳定；再者，电解抛光的制程window狭窄，参数控制要很精准才确保每次电解抛光处理，在表面不会产生pitting现象。本技术所发展之电解抛光方式可以解决管件接头圆端面及其同心圆周遭附近产生蚀孔（pitting）及电解抛光不均的现象，也不会在工件外表面也会产生黑滞纹带与黑斑，并可让电解抛光制程窗口宽广，不易产生pitting的现象，可有效降低工件表面粗糙度及符合SEMI对电解抛光处理结果的标准。半自动电解抛光传输模块技术一般传统之金属工件清洗系统为多槽串连式，其中包括酸碱洗槽及纯水清洗槽，操作方式以人工为主，每个清洗槽的处理时间控制及清洗物料的洁净处理顺序流程。以工业量产的观点来看，人力所能提重的重量有限，以及繁覆的清洗流程中易出现人为的失误及操作上的安全顾虑。因此配合半自动电解抛光系统同时发展一套半自动的清洗传输系统，以增加电解抛光前后所需之洁净清洗的效率及确保制程的稳定，降低操作人员的风险，提高产出能量。所研发的半自动电解抛光设备模块（如图一）主要期望可以单人操作，所有的操作界面及指示皆在机台的正面，以方便为宜，另外考虑电解抛光过程的便利性及产能，特别要求所有的电路及液体传导都在机台内部运作，也可增加操作的安全性。且为改善现有EP化学槽的作业性，以局部自动化作业的方式，可节省人工操作时间，并提升产能及产品质量的稳定性。化学气体是IC制程的主要材料，随着IC制程线幅缩小，对于供应气体质量的要求也越来越严苛，目前制程对Particle的容忍度已经是在0.1ppb以下，所以对于其反应气体的要求自不在话下，但是对于输送气体的管路组件更须严谨的规范，此乃为了避免选用不当的管路组件而污染制程气体。气体供应系统的管路组件影响其管路制程气体洁净度的主要原因有四个：（1）产生particle：附着于流道表面的异物剥落，及组件材料中介在物释出（2）金属腐蚀生成物：管路受腐蚀性气体侵蚀造成Fe、Cr等重金属剥离（3）水分或气体释出：附着于流道表面的水分或气体释出（4）制程气体变质：管路中输送的制程气体因受到组件中Ni触媒机构的催化作用而起分解作用，例如SiH4变成Si2H6由以上的机构来看，如欲减少不纯物的产生，应该由下列方式来着手：（1）降低材料中的不纯物以避免管路腐蚀而造成污染（2）改善材料之耐蚀性能（3）改善管路组件表面之粗糙度以减少附着堆积的现象在这三个问题的解决方式中，除第（1）项材料的先天问题，必须配合选择特殊的高洁净不锈钢材之外，其余第（2）（3）项都可以透过电解抛光（EP）的方式来解决，尤其当材料的问题解决，也就是采用洁净不锈钢材之后，EP的效果更是如虎添翼，这也就是为什么EP处理会成为高洁净零组件标处理程序的原因。但是，EP处理的成功与否，其前后的洗净工程扮演着极为关键性的角色，原因是EP处理前的表面如果未清洗干净，则会造成EP处理不完全的缺陷；而EP处理后的清洗钝化也必须考虑时效性与处理时间的稳定性。然而此一洗净的工作程序不但繁复而且耗时，所以为求产品质量的稳定性，自动清洗是一项非常重要的工作。半导体级的产品验证皆需要依照SEMASPEC规范来执行，并且要符合SEMI的规范，以半自动电解抛光设备模块技术所产制的产品（如