PISONICS·  西安派声

PS7100 系列

光谱法浓度 / 密度计

UV-Vis-NIR 多通道全光谱 + MLR 多组分智能建模

半导体 / 晶圆湿法蚀刻 行业应用案例

—— HF + H₂SO₄ + H₃PO₄ + DI Water 多组分槽液浓度同步监测 ——

PFA 全氟内衬 · 蓝宝石光学窗 · 槽液寿命管理 · 良率提升

【关键测量参数：HF + H₂SO₄ + H₃PO₄ + DI Water】

半导体 / 晶圆湿法蚀刻 · PS7100 多组分光谱在线分析方案

一、工艺背景

半导体湿法蚀刻是 IC 制造前道工艺（FEOL / BEOL）的关键工序之一，主要用于硅晶圆表面氧化层去除、金属电极图形化、铜互连侧蚀控制等。典型槽液配方包括 SPM（H₂SO₄ + H₂O₂ = 4:1，去光刻胶）、BHF（HF + NH₄F，缓冲氧化层蚀刻）、磷酸高温槽（Si₃N₄ 去除）等，均涉及 HF、H₂SO₄、H₃PO₄ 等强腐蚀性化学品的精确配比。

随着晶圆向 14 nm / 7 nm / 5 nm 先进制程演进，对槽液浓度的稳定性要求从传统的 ±5% 收紧到 ±1% 以内。任何一种酸的浓度漂移都将导致蚀刻速率与图形精度劣化，进而恶化器件良率（FAB 行业平均损失约每点良率 = 0.5%~1% 营收）。同时，槽液在使用过程中因水分蒸发、硅 / 金属溶解、副反应生成等因素持续漂移，必须精确判断"槽液有效寿命"（什么时候换液），过早换液浪费昂贵化学品，过晚换液恶化良率。

二、传统分析方案的痛点

• 半导体湿法工艺通常涉及 HF、H₂SO₄、H₃PO₄、DI Water 等 3~4 组分同时管控，传统离线分析需 4 次取样 + 4 套实验室设备，单次分析周期长达数小时；

• HF 极易腐蚀玻璃、石英、不锈钢等常规材质——传统接触式仪表的探头与膜片寿命极短，且失效后会污染晶圆批次（FAB 单批次价值数十万元）；

• 人工取样过程存在 HF 接触灼伤、H₂SO₄ 烫伤风险，半导体 FAB 严格管控人员进出工艺区，频繁取样不可接受；

• 槽液寿命判断依赖经验估算——过早换液浪费高纯化学品（电子级 HF ≈ 8 万元/吨），过晚换液恶化产品良率，两难局面长期困扰 FAB 管理者。

三、PS7100 解决方案

PS7100 部署于晶圆蚀刻槽循环过滤系统的旁路流通池上，采用 PFA 全氟内衬 + 蓝宝石光学窗的复合结构，耐受 HF + H₂SO₄ + H₃PO₄ 多酸复合腐蚀。通过 UV-Vis-NIR 全光谱采集与 MLR 智能建模，单次测量同步输出 HF、H₂SO₄、H₃PO₄、DI Water 四组分实时浓度，秒级反馈 FAB MES / Recipe Control 系统。

图 1  半导体晶圆湿法蚀刻多酸槽液浓度在线监测方案

四、客户价值

在国内某主流 12 寸晶圆代工 FAB 的湿法蚀刻工段，PS7100 部署于 BHF 缓冲蚀刻槽与 SPM 去胶槽的循环系统，实现 HF、H₂SO₄、H₃PO₄、DI Water 四组分实时同步监测。投运 12 个月反馈：高纯化学品消耗下降约 18%（年节约约 600 万元），槽液有效使用寿命延长 22%，蚀刻速率波动从 ±4% 收窄至 ±1.2% 以内，对应工艺段产品良率提升约 0.8 个百分点。该方案已推广至 LED 蓝宝石衬底蚀刻、PCB 电镀液配比、太阳能电池硅片制绒等多个细分场景。

结语

西安派声（PISONICS）基于 PS70 系列四种超声 / 光学测量原理（声阻抗 / 声衰减 / 声速法 / 光谱法），构建了从含固两相浆体（PS7000）→ 清洁均匀液体（PS7020）→ 多组分复杂介质（PS7100）的全工况、全精度过程分析仪表组合。其中 PS7100 光谱法浓度 / 密度计，以 UV-Vis-NIR 全波段 LED 阵列 + 多通道检测器 + MLR 智能建模算法，独家提供"单台仪表同时定量多个化学组分浓度"的能力——这是声阻抗法与声速法都无法实现的。

针对半导体 / 晶圆湿法蚀刻行业的工艺特点，PS7100 系列光谱法浓度 / 密度计提供从光学探头选型（接液材质、光程长度、防爆等级）、流通池设计（卡箍 / 法兰 / PFA 内衬）、MLR 建模标定到 DCS / MES / LIMS 系统集成的全周期技术支持。如需深入探讨贵司项目的具体工况、定制 MLR 标定模型或获取现场调试服务，欢迎随时联系西安派声技术工程师团队。