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316L不锈钢由于其出色的耐腐蚀性和加工性能,在半导体装备制造中扮演着重要角色。这种材料被广泛应用于制造与半导体生产流程中气体、液体直接接触的部件,包括管阀件、超高纯产品、气体控制组件、IGS等。
颗粒与杂质的污染严重损害半导体材料的性能和制造流程,成为集成电路生产高良品率的大敌。超净的生产环境隔绝外界杂质污染,工艺原材料须满足纯度要求保证杂质含量达到制程规范,工艺设备同样要满足半导体行业洁净标准。因此,SEMI F19 严格规定了不锈钢湿表面质量及对应的检测执行标准,如下表所示:
一、表面缺陷(SEMI F73)
图1(左)316L表面缺陷SEM图 图2(右)缺陷种类
在SEMI F73要求的标尺/倍数下观察样品(二次电子像),判断其是否存在表面缺陷及其缺陷类型,并用透明的网格覆盖在SEM图上进行缺陷的分类和计数。
缺陷的定义和分类如图2所示,其中凹坑(也叫点坑,pits)最为常见。
图3(左)316L成分EDS能谱图 图4(右)863中心扫描电镜及能谱
利用扫描电镜的能谱EDS对缺陷(如夹杂物、污染物)进行元素分析,以准确判断缺陷的类型。同时,根据SEMI F19的要求,高纯品和超高纯品需要通过EDS确定样品表面是否存在污染,其结果只可出现316L本身的元素信息(Fe、Cr、Ni、Mo、Mn、Si)以及表面吸附元素(C、O)。
X射线光电子能谱仪(XPS)和俄歇电子能谱仪(AES)是纳米级的表面分析检测手段,其信号深度约为5nm(XPS)以及3nm(AES)。
图5铬(左)、铁(右)精细谱图(计算Cr/Fe,Cr-O/Fe-O)
图6(左)AES深度剖析曲线 图7(右)863中心XPS、AES设备图
一般来说,行业内要求通过AES溅射深度剖析的方式,对氧化层成分及厚度进行分析。根据SEMI F72,通过C、O、Fe、Cr、Ni随深度的变化曲线,确定样品表面氧化层厚度、碳层厚度、铬富集层、最大铬铁比等参数。
四、表面粗糙度 (SEMI F37)
根据SEMI F37要求,通过探针型的仪器(如接触式轮廓仪)对样品表面的粗糙度进行测量,结果一般输出Ra、Ry。
图8(左)863中心轮廓仪设备 图9(右)粗糙度曲线图
图10(左)CPT测试装置示意图 图11(右)CPT测试曲线
送检须知
1、切勿用砂轮切割机、线切割等无法保证样品洁净度的预制样方式。保证待测面的清洁,防止造成二次污染。
2、务必真空密封包装样品,并选用洁净的包装材料。
3、应清晰附上样品的测试位置图,尤其是结构复杂件。
4、样品中的焊缝、螺槽、交叉点和非金属部件不在测试之列。