方剛，王茂林，祝恒陽

(北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司MFC研發(fā)中心，北京 100016)

半導體及IC產(chǎn)業(yè)一直在按照“摩爾定律”不斷地向前發(fā)展，行業(yè)內(nèi)的技術工藝同時也總是出現(xiàn)系列新的變化趨勢[1]，例如：半導體產(chǎn)品從單一功能向系統(tǒng)集成方向發(fā)展以及半導體工藝向納米尺度加工方向發(fā)展等，晶圓尺寸不斷地擴大和芯片特征尺寸不斷地縮小總是給半導體制造工藝提出新的挑戰(zhàn)，而與工藝直接相關的制造設備自然是無法回避的，接受挑戰(zhàn)的結(jié)果就是老的工藝設備快速淘汰，新的先進的快速跟進，行業(yè)的規(guī)律是每一次半導體制造工藝的更新升級，就意味著設備的換代，新一代的設備為了適用新的制造工藝的要求，必然帶來設備制造工藝技術的革命和嚴格要求，這其中設備的關鍵零部件的表面處理技術就是重要的一點！設備的一代代變更升級，其關鍵零部件的表面處理技術也在一次次的變革，早期的那些粗放的、寬泛的不為人注意的表面處理技術經(jīng)過一代代人的證明，其工藝方法的選擇和過程的控制將對整個半導體的加工制造以及性能也起到了至關重要的作用。

1 關鍵不銹鋼零部件常用的表面處理方法

半導體及IC工藝設備不銹鋼零部件常用的表面處理方法有很多種，也在不斷的發(fā)展和改進，其同整個工業(yè)基礎水平和半導體及IC的發(fā)展密切相關。不斷進步的工業(yè)基礎和突飛猛進的半導體及IC產(chǎn)業(yè)，尤其是半導體及IC制造工藝的發(fā)展，催生了制造設備的不斷演變，相應地其關鍵不銹鋼零部件的表面處理方式方法也得到了變化和發(fā)展，尤其是涉及到氣相(汽相)、液相接觸的零部件，但總結(jié)起來其處理的機理基本上分為兩種：其一就是機械物理的方式，其主要是通過各種形式的載體利用磨料來削高趨平的一種過程，能有效的降低表面粗糙度，改善表面形態(tài)結(jié)構(gòu)；其二就是化學、電化學或熱能的方式，其主要是通過化學、電化學反應或熱能對材料表面進行處理的一種化學過程，使表面粗糙度降低和耐蝕性能增強，進而有效地改善表面結(jié)構(gòu)、減少介層和降低應力能量等。

1.1 機械物理的方式

(1)原始的表面處理。其實就是不處理，這個時期人們主要關注的是設備，就是能夠滿足工藝需要，可以制造出產(chǎn)品的設備，而還沒有認識到或者也沒有必要去進行表面處理。所以這個時期的設備基本上就是材料的原始成形狀態(tài)，一般為機械加工或者熱軋形成，表面比較粗糙，形態(tài)結(jié)構(gòu)也很是粗放，甚至早期使用的材料有些都不是不銹鋼。

(2)冷拉或冷擠壓不銹鋼制品。這是基于冶金成型工藝技術的發(fā)展而出現(xiàn)的一種自然成型的表面處理，其主要是對于管型材來說的，其在一定程度上提高了表面光潔度。因為隨著IC的發(fā)展，以及行業(yè)的一些特殊氣體、液體的作用，一個光潔的表面是很有必要的，粗糙的表面總是很容易淤積和滯留工藝介質(zhì)，而且粗糙的表面耐蝕性也會大打折扣，人們逐漸認識到一個光滑順暢的表面，設備的運行保障系數(shù)就會大大的提高，于是光滑的表面便成為行業(yè)的重要選擇。

(3)機械拋(磨)光[2][3]。為了降低粗糙度，行業(yè)人士進行廣范的開發(fā)和研究，并發(fā)展了大量的表面處理工藝方法，例如砂紙打磨、機床磨加工、吹砂拋丸、滾光、刷光以及國外出現(xiàn)的磨粒流加工等硬(流)質(zhì)拋光和用棉麻、毛、羽布等輔以合適的混合礦物膏劑來對受拋面進行拋光的軟質(zhì)拋光等等，在此不再詳解，其極大程度的降低了粗糙度，同時也出現(xiàn)了較好的表面光亮度，給人很好的視覺效果，其基本原理就是靠物理機械的方式，來削去高點以使其趨于平坦和光滑，但表面存在一定量的塑性變形組織特征。

1.2 化學、電化學或熱能的方式

(1)化學拋光[3]。化學拋光是金屬在特定條件下的化學浸蝕，即金屬表面在配比合理的腐蝕劑、氧化劑以及添加劑等組成的溶液中發(fā)生的一系列的化學反應。金屬微觀表面不均勻的鈍化膜或在拋光溶液中形成的稠性黏膜，使得微觀表面的溶解速度不均勻，微觀凸出部分的溶解速度明顯大于微觀凹處的溶解速度，這就降低了表面的微觀粗糙度，從而達到拋光的目的。

(2)化學鈍化[2]?；瘜W鈍化其實是根據(jù)不銹鋼自身的特點而進行的一種化學溶液加速氧化的過程，這種溶液一般都具有強氧化性，其幾乎不改變表面的粗糙度，但可以有效地提高其在環(huán)境介質(zhì)中的熱力學穩(wěn)定性，預防不銹鋼的局部腐蝕，提高不銹鋼表面的清潔度以及消除不銹鋼表面的氧化物等。不銹鋼的化學鈍化目前已經(jīng)廣泛應用于半導體及IC設備行業(yè)。

(3)無氧光亮燒結(jié)。這是一種通過熱能的方法來提高表面穩(wěn)定性的方法，是在惰性氣體氛圍或者真空的條件下，通過對不銹鋼零部件高溫加熱，以釋放因加工而形成的內(nèi)部應力，降低表面及近表面的能量水平，另外也可以使表面產(chǎn)生保護性氧化膜，耐蝕性增強。

(4)表面化學熱處理?；瘜W熱處理是利用化學反應和物理冶金相結(jié)合的方法改變金屬材料表面的化學成分和組織結(jié)構(gòu)，從而使材料表面獲得某種性能的工藝過程[4]。隨著半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，很多新半導體工藝的導入以及一些新材料的使用，其對零部件材料的性能也有著特殊的要求，幾乎所有的零部件都處于各種化學試劑或工藝氣體中，其中兩個重要的衡量標準為抗腐蝕和抗高溫。這樣這些特殊性能需要的零件基礎材料就可以通過表面化學熱處理例如表面滲碳、滲氮等方式來進行處理，當然這是針對一些特殊半導體及IC制造工藝的需要來說的。

(5)亞電拋光。這是一種比較具有操作性的工藝方法，尤其適用于半導體及IC設備零部件的那些深、盲以及交叉小孔和復雜的腔體內(nèi)表面拋光處理，其主要的方法是先對機械加工后的零部件進行預處理，然后再進行電拋光，由于狹小的深、盲以及交叉小孔和復雜的腔體內(nèi)表面電拋光具有發(fā)熱不易散、易短路、表面電流密度易集中以及需要溶液介質(zhì)均一穩(wěn)定等工藝特點，所以實現(xiàn)起來難度相當?shù)拇?，往往只有在各項工藝參?shù)均合理合適的情況下才有可能得到較理想的拋光效果，西方一些發(fā)達國家通過研究并制定了可行的技術方案，并較好的滿足了行業(yè)的要求，且符合SEMI標準。其核心技術牽涉很多專利，但一個突出的特點就是時間較常規(guī)的電解拋光要短，即一種輕度的電拋光技術，這也許是利用縮短處理時間來解決電拋光工藝本身的缺陷吧！

(6)電拋光(EP)。即電解拋光或電化學拋光，屬于一種比較成熟的工藝技術，在我國多用于外表面處理，主要是裝飾和美觀。研究并發(fā)現(xiàn)電拋光后具有極佳性能的表面并將其大規(guī)模的用于半導體及IC行業(yè)是西方發(fā)達國家。通過表面的電拋光，可以有效的地去除表面氧化變質(zhì)層以及機加撕扯而形成的細微毛刺[5]，得到極佳的表面，它的實際表面積要比任何處理方式都要小，它的能量應力水平最低，表面、近表面更穩(wěn)定，它的表面更純凈，表面夾雜的異種金屬、非金屬雜質(zhì)數(shù)量最少，最大程度地減少游離的鐵，使表面所含鉻、鎳大量富聚而趨于更穩(wěn)定！基于此種種卓越的性能指標，其正迎合了高端的半導體及IC行業(yè)關于潔凈超高純 (UHP)的介質(zhì)敏感性、耐蝕性、中立穩(wěn)定性等的要求。由于行業(yè)的特點，在半導體及IC設備行業(yè)里，所要處理的都是深、盲孔以及交叉小孔和復雜的腔體內(nèi)表面，這在國內(nèi)行業(yè)里一直認為是無法實現(xiàn)或很難實現(xiàn)的，尤其是許多狹窄腔體或孔徑小到1mm的時候！因此該項技術在國際市場上被認為是最先進的，而在國內(nèi)也被認為是最神秘的！

2 EP技術

2.1 國外高端設備先進的表面EP技術

EP拋光技術，國內(nèi)行業(yè)多叫電解拋光或電化學拋光技術，其實電解拋光在國內(nèi)已經(jīng)是很成熟的技術，其都是用來處理和拋光零部件的外表面，工藝參數(shù)比較寬泛和操作也很容易，一般情況下拋光質(zhì)量很好很穩(wěn)定，更無神秘感也無先進性可言，然而由于半導體工藝的特殊性，其絕大多數(shù)工藝系統(tǒng)及設備所要求處理的卻都是腔、孔或者管體(通孔、深盲孔以及交叉變徑孔)的內(nèi)表面，很多形體結(jié)構(gòu)比較復雜，而且很多尺寸也都較小(甚至到1mm)，所以常規(guī)的外表面電解拋光工藝便無法實現(xiàn)或很難實現(xiàn)，目前在國內(nèi)幾乎無成功先例或者僅存在實驗室條件下，達到SEMI標準并能夠成熟的大批量用于生產(chǎn)的目前多見于國外，通過大量的資料顯示，其同常規(guī)的電解拋光工藝在原理上是一致的，但卻有很大的區(qū)別，現(xiàn)在此就國外8英寸以上半導體及IC工藝設備所采用的最為先進的表面處理技術，即EP技術進行一個系統(tǒng)的介紹。

EP技術其實是和傳統(tǒng)的表面處理工藝一樣，主要由前處理、EP、后處理等幾道工藝組成，現(xiàn)分別介紹如下：

2.1.1 前處理

這其中又要從幾個方面著手：首先是不銹鋼材料，半導體工藝的嚴格要求對其制造系統(tǒng)及設備也同樣要求嚴格，而生產(chǎn)設備的材料當然不能例外，合適的材料是設備滿足半導體工藝的前提，也是EP技術實施的基礎，現(xiàn)在國外首選的材料是316L(v/v)，這是目前半導體行業(yè)內(nèi)公認的性能最好的材料，由于冶煉技術難度大，市場價格也不菲。它是用經(jīng)過真空脫碳(VOD)的常規(guī)316L不銹鋼，先用真空感應熔煉(VIM)，再用真空電弧再熔解(VAR)處理，即VIM+VAR(V2)，常標注為316L(v/v)。通過這樣特殊的冶煉方式后，材料中的碳、硅、錳、、銅、硫、磷等有害元素以及氧和氫等充分的減到最低，這樣的材料純度極高而且金相組織穩(wěn)定均一，這種優(yōu)良的特性尤其適合EP工藝技術的處理。目前行業(yè)內(nèi)此種材料多見于日本，歐洲也有出現(xiàn)；其次就是物理機械前處理，這里包括各種表面成型、機械加工、以及機械拋（磨）光光飾等，其主要解決的問題就是降低表面粗糙度，這里最需要注意的就是要選擇合適合理的加工處理方法，以避免使零件產(chǎn)生較大的應力，它將是零件表面變形、產(chǎn)生微裂紋以及表面積擴大的源動力，必要時要考慮退火，時效等方式來進行處理；最后就是清洗，如何干凈清洗將是EP工藝前的關鍵，清洗不凈，則經(jīng)過EP處理后的的表面會出現(xiàn)過腐蝕點，片狀白點等瑕疵，其直接后果就是致使表面積增大，光潔度降低，表面密封程度下降。清洗工藝目前使用較多的就是液體清洗劑輔以超聲波，清洗劑主要有堿性液體以及有機溶劑等，但很多堿性清洗劑堿性較強，對于316L(v/v)堿性物質(zhì)對其是有一定程度的傷害的。國外目前已經(jīng)廣泛使用的一種清洗劑為Formula 815GD，其堿性適中，且富含表面活性劑、抑制劑、除蠟劑、防銹劑等多種成分，無對不銹鋼有害的元素。另外在日本以及歐美也出現(xiàn)了一些新的清洗工藝方法，如碳氫化合物超聲波清洗干燥系統(tǒng)，其清洗潔凈、高效和環(huán)保，正在受到歡迎和推廣。

2.1.2 EP工藝技術

該技術主要有4個方面要點，首先是溶液，這個便是國外工藝秘密的關鍵，熟知的溶液配比很多，但直接拿來用在腔、孔或者管體(通孔、深盲孔以及交叉變徑孔)的內(nèi)表面電解拋光，結(jié)果總是很糟糕，但通過研究和試驗分析，溶液應該滿足如下幾個條件，方可實現(xiàn)較好的拋光：①黏度要相對較小，以保證良好的流動性；②溶液離子的電遷移性要適當，以保證在一定電場條件下表面合適的溶解速度；③溶液本身對不銹鋼材料無害；其次是電極夾具，核心內(nèi)容就是要如何通過電極的形狀設計來調(diào)整要處理的零件孔道內(nèi)表面的電流密度均勻一致，這樣表面就會等速的溶解而得到良好的外觀和品質(zhì)，這也是難點和重點，需要大量的試驗以及豐富的理論和實踐經(jīng)驗，國外也許會有一些系統(tǒng)仿真工具來幫助設計！第三就是電參數(shù)，即極間電壓和被EP零件表面電流的分布參數(shù)，這里一臺合適的電源是必要的，尤其是用于腔、孔或者管體(通孔、深盲孔以及交叉變徑孔)的內(nèi)表面電解拋光的電源，國外較常用的是直流多脈沖電源，其典型的波形由保持一段時間的正向電壓脈沖及隨后的無電壓空閑時段所組成[6]，也有用直流電源，而直流脈沖電源最大的優(yōu)點在于其可以有效地控制小孔內(nèi)表面的溶解和氣體產(chǎn)生的過程，增強了空閑中去除廢品的能力，大大改善了電解液的密度、導熱性等，使表面更完美，這種用于工業(yè)化生產(chǎn)的大功率脈沖電源在國內(nèi)尚不成熟，多為進口，價格比較昂貴。最后就是綜合，上面三個方面都是獨立的，其各自獨立的作用是無法完成EP的，而如何通過溶液、電極夾具以及電參數(shù)的合理正交，將是整個EP技術的核心工作，所有的技術秘密盡在于此。一個合格的EP產(chǎn)品表面從外觀上看就如同鏡面一樣光亮！由于這其中涉及的參數(shù)變量太多，不同形狀結(jié)構(gòu)的零件其相關的變量參數(shù)則不同，所以尤顯復雜，欲了解和掌握恐怕是冰凍三尺非一日之寒，目前國外專家則多以專利或核心技術秘密來控制或炒作，并加以商業(yè)利用。隨著半導體工藝的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，需求的國家或地區(qū)也在就關于EP技術的引進和技術轉(zhuǎn)讓花費著重金，例如臺灣就是一個EP技術引進的典型地區(qū)，并廣泛的應用在半導體工藝設備系統(tǒng)中，目前已有很多產(chǎn)品零部件進入中國大陸市場。

2.1.3 后處理

后處理是EP技術的必要措施，主要就是鈍化[7]，鈍化其實是不銹鋼常用的工藝技術。在EP后鈍化是必要的，它可以充分地對EP的表面進行封閉強化，對夾具接觸點、誤碰擦點以及復雜型面EP的邊角效應進行鈍化，以去除、活化表面可能有的游離的離子或粒子，使表面更純凈更完美。其通常要分別經(jīng)過以硝酸和檸檬酸為主的混合溶液來進行鈍化，同時要合理的控制相關的配比、溫度、pH值以及操作時間等工藝參數(shù)!

2.2 應用EP技術的重要意義

近年來，行業(yè)內(nèi)半導體產(chǎn)品從單一功能向系統(tǒng)集成方向發(fā)展、半導體工藝向納米級加工方向邁進，半導體制造工藝的每一個環(huán)節(jié)也都不斷地接受著更高級別的挑戰(zhàn)，例如人們發(fā)現(xiàn)整個制造系統(tǒng)中的污染顆粒物對產(chǎn)品的良品率影響是巨大的，任何微小的材料殘留都可能釀成潛在的成品率損失[8]。在130nm時期，一顆30nm的缺陷會對芯片造成很大的傷害，而在65 nm或45 nm的時候，同樣大小的缺陷就足以毀掉整個芯片[9]。導致這種缺陷的可能因素很多，而這里貫穿整個制造工藝始終的設備系統(tǒng)的影響是毋容置疑的，尤其是同許多工藝都直接接觸的氣相(汽相)或液相的設備系統(tǒng)！如果我們所用的處理方法都是靠物理機械的方法，其在加工過程中對零件表面擠壓并鑲嵌或殘留粘附了許多雜質(zhì)顆粒，同時還在表面因拋光擠壓產(chǎn)生應力而聚集了許多能量，機械的拋磨讓宏觀光亮化，卻無法避免微觀的細小裂紋，貌似光潔的表面其實際的表面積還是很大！這些都將是雜質(zhì)缺陷顆粒產(chǎn)生的根源。另外，通過觀察和試驗驗證，當芯片的特征尺寸不斷縮小后，制造過程中其對過程系統(tǒng)的異物顆粒就越敏感，而這些異物顆粒除來源于制造工藝原材料（高純氣體、液體等）本身以及潔凈室環(huán)境外，另一個直接的源頭就是設備，所有同工藝原材料接觸到的設備零部件表面，由于其在半導體工藝介質(zhì)環(huán)境下的不中立或者說沒有足夠的惰性而發(fā)生物理的或化學的變化，從而產(chǎn)生異物顆粒并進入工藝系統(tǒng)，一般認為如果產(chǎn)品（芯片）上粘附一個異物顆粒，則就是一個致命缺陷，而且當這個異物顆粒僅僅為其特征尺寸的1/10時，產(chǎn)品就會損壞和出現(xiàn)故障?？稍诎雽w產(chǎn)業(yè)的強勢發(fā)展過程中，不斷縮小芯片的特征尺寸，已經(jīng)不可扭轉(zhuǎn)，近年來，從1μm已快速地發(fā)展到了32 nm，2009年，intel酷睿i系列全新推出，創(chuàng)紀錄的采用了32 nm工藝，并且宣布下一代納米工藝正在研發(fā)中，這樣如果以90nm或者65 nm為例，那么異物顆粒的大小就僅有9 nm或者6.5 nm就可以讓整個系統(tǒng)癱瘓，另外就是半導體工藝過程很多都是有毒或者自燃的，一旦因設備零部件表面腐蝕而穿孔泄漏，后果將不堪設想。

基于半導體工藝的發(fā)展高要求，所有同制造過程接觸的要素均被提出新的高度，為此，國外的行業(yè)專家對設備的環(huán)境特征提出了界定：首先就是表面要求耐腐蝕。這是基于半導體的擴散氧化、外延、CVD、光刻、化學剝離、注入等工藝過程中所使用氣體來說的，它們絕大多數(shù)都具有毒性、腐蝕性或者高溫沖擊性；其次就是要求設備環(huán)境具有中立性。顧名思義，中立意即其設備本身不會給半導體工藝帶去傾向要素，其包括表面的中立以及距表面1.5 nm以上的近表層的中立；第三就是優(yōu)良的清潔性能。這里主要的就是要求最可能小的表面積以及更低的粗糙度，一個光滑如鏡面的表面總是不易寄存和窩留異物顆粒而且最便于潔凈清洗。另外還通過理論上從表面形態(tài)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、介層數(shù)量以及能量水平等方面進行了分析和界定，即良好的表面應該達到表層中立、性質(zhì)穩(wěn)定、表面光滑、實際表面積最可能的??；表面奧氏體結(jié)構(gòu)徹底化，無馬氏體、鐵素體相組織；表面及近表面無應力能量、表面無塑性變形、有著均勻致密的顆粒狀晶體組織形貌而無合金本體以外的任何雜質(zhì)介層。

由此可見，有效且可靠的表面處理對于先進的半導體設備來說是至關重要的，其直接關系到整個產(chǎn)品的品質(zhì)以及制造系統(tǒng)的安全性。常規(guī)的表面處理直觀感覺很好，可通過儀器設備對其表面進行觀察和分析就會發(fā)現(xiàn)其缺陷很多，例如表面有大量的微裂紋，實際表面積仍很大，表層總或多或少地夾雜和鑲嵌有處理的雜質(zhì)微粒，形成一個外來介質(zhì)層，同時因物理機械處理方法致使表面不同程度地產(chǎn)生壓應力，從而聚集了一定的能量，另外表面還有許多被分離出來的鐵素體等不穩(wěn)定相組織，在8英寸以上的半導體及IC制造工藝過程中，有這樣如此多的缺陷，其對產(chǎn)品的品質(zhì)影響將是可想而知的。為此，表面處理的設計和研究升級便不斷進行，應運而生的新的工藝方式方法也得到不斷的嘗試和試用，這其中的電拋光，即EP技術便以其處理后表面優(yōu)良的綜合性能脫穎而出，其處理后的表面各項分析和檢測指標均完全解決了常規(guī)處理所存在的缺陷并較好地滿足了關于半導體工藝的要求，從而迅速地成為了行業(yè)內(nèi)必須要做的一道工藝。目前在國外已經(jīng)大規(guī)模的應用在8英寸以上的半導體及IC工藝設備上，也是目前行業(yè)里最為先進的和8英寸以上高端設備必須處理的一種方法，通過EP處理后再輔以后處理如鈍化、清洗和包裝等嚴格步驟后，即便是目前行業(yè)里所定義的潔凈超高純(UHP)產(chǎn)品，同時國際半導體組織也對此進行了嚴格的SEMI標準界定。

3 高端半導體及IC行業(yè)所定義的超高純（UHP）不銹鋼零部件

按照SEMI標準的定義，真正用于半導體及IC行業(yè)的超高純（UHP）不銹鋼零部件，只完成EP還是不夠的，優(yōu)質(zhì)的不銹鋼材料經(jīng)過EP工藝技術處理后，應該說是使其具備了耐蝕性、中立性，還有良好的清洗性能，完全具備了內(nèi)在的純凈，對于外表面的純凈也務必嚴格要求，這就是最后的清洗，最后的清洗務必有效、到位和徹底，相關的清洗技術已經(jīng)很成熟，也有很多專著[10]，這里主要強調(diào)的是超高純（UHP）零件的清洗。超聲波加清洗劑的工藝方式仍是該行業(yè)內(nèi)的首選，這其中有很多技術方式是要使用或選用的，例如真空技術、過濾技術、超純水技術、鼓泡攪拌、噴淋漂洗以及潔凈室技術等等，以徹底清潔表面的異物離子或粒子，否則其將可能變成器件殺手[11]。同時還要對其表面的酸堿度進行最后的調(diào)整，即表調(diào)，最終使?jié)崈舫僂P表面的酸堿度達到中性略偏酸性，最后便是干燥、真空包裝等，包裝材料還需要用氮氣吹掃凈化。

需要特別強調(diào)的是以上所有處理過程的工藝材料、輔料以及設備等均不可對零件材料產(chǎn)生化學作用，也不可對零件產(chǎn)生物理污染或潛在的次生污染，例如含F(xiàn)、Cl等鹵元素以及硅氧成分的材輔料等等。當然這些操作也必須是在潔凈室內(nèi)進行才是符合要求的。

4 超高純(UHP)產(chǎn)品零部件的表面技術指標要素

超高純(UHP)零部件的EP表面是有嚴格的技術指標要求的，不符合表面技術指標要素的零件是不能使用的，根據(jù)SEMI標準的界定，超純凈(UHP)的EP表面需要進行以下幾項技術檢測要素[12，13]：

(1)表面成分、污染物[14]、深度剖析氧化層厚度[15][16]：主要是分析檢測表面成分的原子百分含量，以控制表面的污染物，以及氧化層的厚度等，常見的表面污染物為：C、N、Si、P、S等，一般要求其原子百分比含量C＜30%，其余＜2%即可，氧化層厚度(oxide thickness)≥1.5 nm。表1，表 2、圖1及圖 2分別為表面化學成分以及氧化層厚度測試結(jié)果示例。

表1 樣品表面成分(用原子百分比表示)

表2 AES深度剖析結(jié)果

圖1 樣品B2在深度剖析前的AES譜

圖2 樣品B2的深度剖析圖

(2)表面形貌、點缺陷數(shù)[14]：主要是用電子掃描顯微鏡（SEM）按標準要求照相，并對可辨別的缺陷進行計數(shù)。具體要求為 Counts/Photo，Avg≤10，Max≤20。表3及照片1～5分別是SEM表面形貌測試的結(jié)果(缺陷數(shù))和SEM照片的一個示例(一般隨機測試5點)。

表3 SEM測試的表面形貌結(jié)果

照片1

照片2

(3)表面 Cr/Fe≥1.5：CrO/FeO≥2.0[15][16]，表 4，圖3、圖4為一個樣件的測試結(jié)果示例。

照片3

照片4

照片5

表4 XPS測式結(jié)果

圖3 樣品B2的Cr2p3XPS擬合譜

圖4 樣品B2的Fe2p3 XPS擬合譜

(4)表面粗糙度[17]：具體要求為Ra(Avg)≤0.13μm(5 μin)，Ra(Max) ≤0.25μm(10 μin)Ry(Max)≤2.5μm(100 μin)。表 5 是輪廓儀測試的一個示例。

表5 輪廓儀測試結(jié)果(單位：微英寸)

5 國內(nèi)現(xiàn)狀與思考

近年來，我國半導體及IC制造業(yè)發(fā)展較快，可相關的設備卻未能同步發(fā)展，半導體及IC工藝設備整體要落后于國外，甚至是落后很多，所以其就決定了表面處理技術的現(xiàn)狀，客觀的講，我國以往半導體行業(yè)的工藝設備很多就是沒有處理或者處理的工藝方法較粗放，基本上仍停留在一般的機械零部件的表面處理方法上，在行業(yè)內(nèi)幾乎還無人去專門的認識它、研究它，更無行業(yè)相關的表面處理標準可查，而國外卻已很系統(tǒng)、很成熟、很規(guī)范（如 SEMI標準、ASTM標準等）。有這樣規(guī)范系統(tǒng)的表面處理工藝技術和標準，必然催生更先進的半導體制造工藝技術的誕生（例如芯片的特征尺寸已經(jīng)由微米級向納米級挺進并直逼22nm，沒有超潔凈（HUP）技術，沒有嚴格的表面處理，這樣的發(fā)展幾乎是不可能的），這些發(fā)展是匹配的、相輔相成的，也是必然的、勢不可擋的！而我國目前的精力和任務重心應該說都還是在設備本身上，一些涉足高端半導體及IC設備的研發(fā)機構(gòu)在核心潔凈超純(UHP)零部件上一般都采取回避態(tài)度或者依賴于國外。表面處理在國內(nèi)可以說就是一張白紙，還無暇顧及，差距我想是可想而知的。

如何研制先進的半導體制造設備，我想它應該是一個系統(tǒng)工程，除了設備性能本身以外，還要有很多細節(jié)技術，如表面處理技術，雖然乍一看其無足輕重，但其往往卻關系到甚至決定著整個制造系統(tǒng)的工藝可行性或者安全可靠性，結(jié)果的嚴重性不言而喻。所以一臺性能優(yōu)良的半導體工藝設備，其是指各個方面的綜合性能，而并非就是主要性能！通過大量的資料顯示，國外在研發(fā)設計的每一個環(huán)節(jié)，甚至幾乎讓人想不到的一個細微的方面其都進行了很多思考，并投入了專門的人力去研究和探索，且做到盡善盡美，很是讓人折服！我想也許正是因為如此所以國外才在各個行業(yè)走在科技的最前沿的吧！

6 結(jié)束語

半導體及IC產(chǎn)業(yè)設備的表面處理技術，在國外的發(fā)展由來已久，其始終伴隨著半導體工藝技術的發(fā)展，尤其是當一種更先進的制造工藝誕生后，便會催生新的表面處理技術的出現(xiàn)，以用來滿足和達到升級后的制造工藝的要求。國產(chǎn)半導體及IC產(chǎn)業(yè)設備要想趕上世界先進制造國家和走向國際高端化市場，除了設備本身的研發(fā)外，研究并擁有合適配套的表面處理技術也是必須的。

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