UV-rengøring og UV-eksponering i halvleder- og elektronikfremstilling

Ultraviolet stråling tjener to grundlæggende forskellige formål i halvleder- og elektronikfremstilling: den tørre, fotokemiske rengøring og aktivering af overflader, og eksponering af strålingsfølsomme lag. Ved UV-rengøring af halvledere nedbrydes organiske adsorbater oxidativt til CO₂ og H₂O af kortbølgede fotoner og de reaktive iltforbindelser, de genererer, uden nogen mekanisk eller vådkemisk påvirkning. Ved UV-eksponering af fotoresist styrer den absorberede fotondosis den kemiske omdannelse af den fotoaktive forbindelse og dermed kantprofil og kritisk dimension.

Begge processer bestemmes af de samme størrelser: spektral irradians på procespunktet, stråleeksponering, materialets absorptionsadfærd, bestrålingsgabets geometri og procesatmosfærens sammensætning. Den centrale udfordring er, at ingen af disse størrelser kan udledes pålideligt af lampens elektriske effekt eller procestid.

• Udskiftning af kviksølvlamper med en konkret tidsramme. Den tidsbegrænsede RoHS-undtagelse for UV-kviksølvlamper til februar 2027 gælder specifikt i-line fotolitografi og wafer-kanteksponering. Skiftet til UV-LED ændrer spektret fra et linjespektrum med kontinuum til et smalt bånd. Dosisrecepter kan ikke overføres 1:1, og sensorer med lampespecifik vejning skal revurderes.
• Stigende effektivitet og effekttæthed for UV-LED'er. I UV-A-området kan der opnås wall-plug-effektiviteter på 40 til 55 %; i UV-C-området ved 265 nm rapporteres nu effektiviteter omkring 10 % ved et par hundrede milliwatt optisk effekt. Kortere eksponeringstider og mere stabil dosiskontrol, men nye krav til termisk styring, fordi emissionsbølgelængden er temperaturafhængig. Hvad LED-teknologi leverer i dag fordelt på bølgelængde, er sammenfattet i UV-LED'er til UVA, UVB og UVC.
• Ozonfattige kortbølgede kilder. 222 nm KrCl-kilder udvider procesvinduet, hvor ozon skal undgås. Reaktionsvejen forskydes fra ozonkemi til direkte fotolyse, hvilket ændrer procestider og materialekompatibilitet.
• Hybrid bonding og 3D-integration. Grænseflader afgør udbyttet ved meget høje forbindelsestætheder. Overfladeaktivering går fra at være en forbehandling til at blive et kvalificeret, metrologisk sikret procestrin med et smalt procesvindue – inklusive en øvre bestrålingsgrænse på grund af øget ruhed.
• Tykfilm- og panel-level-processer. Større formater og tykkere resister flytter problemet fra opløsning til homogenitet og til dosisprofilen over dybden. Arealhomogenitetsmåling i stedet for punktmåling.

Markedsstørrelser, vækstrater og kilder for dette anvendelsesområde er sammenfattet på siden Markedsudvikling for UV-teknologi.

Værdiskabelsen opdeles i tre områder med meget forskellig UV-relevans. Front end domineres af patterning ved 248 nm, 193 nm og 13,5 nm; klassisk UV-teknologi i området 172 til 436 nm forekommer der primært som rensning, aktivering og fotostabiliseringstrin samt ved wafer edge exposure. I back end og advanced packaging vokser antallet af UV-baserede trin: tykfilm-fotoresister til redistribution layers (RDL), temporære klæbemidler og UV-frigivelige carrier tapes, potting og indkapsling samt rensning før limning og formstøbning. Samlings- og forbindelsesmiljøet i elektronikproduktionen tilføjer produktion af printplader, sensorer og optik.

Det økonomisk interessante ligger i samspillet: væksten bæres i øjeblikket af hukommelses- og AI-enheder, som i høj grad er afhængige af 3D-stacking, chiplet-arkitekturer og hybrid bonding. Disse arkitekturer flytter værdiskabelsen til procestrin, hvis udbytte er direkte afhængigt af grænseflade-tilstande. Det øger kravene til reproducerbar overfladeaktivering, til dosisnøjagtigheden ved eksponering af tykke resister og til målemetoder, der registrerer disse størrelser ved processen selv snarere end ved lampen.

• Arealet pr. enhed vokser, mens tolerancerne mindskes. Med interposers, panel-level packaging og storformats-RDL-felter bliver ensartetheden af irradians over arealet den begrænsende størrelse.
• Skift fra våd-kemisk til tør forbehandling. UV-ozonrensning og VUV-aktivering erstatter våd kemi, hvor partikelforurening, tørremærker eller kemisk kompatibilitet er kritiske.
• Regulatorisk pres på kviksølvdamplamper. RoHS-undtagelse 4(f)-IV for kviksølvholdige mellem- og højtryks-UV-lamper gælder indtil 24. februar 2027; den omfatter udtrykkeligt i-line-fotolitografi og wafer-kanteksponering. Dette indebærer ikke et automatisk forbud, men det skaber planlægningsbehov for teknologiskift.

UV-ozonrensning er en tør, fotokemisk oxidationsproces. Kortbølgede UV-fotoner virker via to veje: direkte gennem fotolyse af bindinger i adsorberede organiske molekyler og indirekte ved at generere reaktive iltforbindelser fra den omgivende atmosfære.

Den klassiske proces med en lavtrykskviksølvlampe af syntetisk kvarts anvender to resonanslinjer. 185 nm-linjen dissocierer molekylært oxygen; de resulterende oxygenatomer danner ozon med O₂. 254 nm-linjen absorberes kraftigt af ozon i Hartley-båndet og splitter det igen, hvorved der primært dannes exciteret atomart oxygen O(¹D). Dette yderst reaktive mellemprodukt oxiderer hydrocarboner til CO₂ og H₂O, som fjernes som gas. Samtidig dannes der polære grupper på overfladen, hvilket gør silicium- og oxidoverflader hydrofile. Hvordan denne proces fungerer i detaljer, og hvor dens grænser ligger, beskrives i overfladerensning og -aktivering med UVC og ozon.

I VUV-processen med xenon-excimerstråling ved 172 nm dominerer den direkte fotolyse: en foton ved denne bølgelængde bærer 7,2 eV eller 696 kJ/mol, hvilket ligger over bindingsenergierne for C–C-, C–H- og C–O-bindinger. Desuden dissocieres oxygen i umiddelbar nærhed af overfladen, så atomart oxygen skabes netop dér, hvor det skal virke. Den målbare effekt af begge processer er en ændring af overfladetilstanden, ikke materialefjernelse: vandkontaktvinkel og overfladeenergi ændres, mens topografien ideelt forbliver uberørt.

Fotoresister er ikke tærskelmaterialer med en fast afskæringsbølgelængde; de har absorptionsbånd. Klassiske positive resister baseret på diazonaphthoquinon og novolak eksponeres i området omkring i-line (365 nm) samt h- og g-linjerne (405 nm, 436 nm). Eksponering omdanner den fotoaktive forbindelse; de eksponerede områder bliver opløselige i fremkalderen. Kemisk forstærkede resister (CAR) til DUV og EUV fungerer anderledes: eksponeringen genererer en syre, der kun virker katalytisk under post-exposure bake. Resultatet afhænger da ikke længere kun af den optiske dosis, men også af det termiske budget.

Typiske dosisintervaller til orientering: tynde i-line positive resister i en mask aligner kræver ca. 65 til 110 mJ/cm², tykfilmsresister til redistribution layers på 8 til 20 µm i en i-line stepper i størrelsesordenen 180 mJ/cm², EUV-resister ca. 30 til 90 mJ/cm² afhængigt af opløsningsmålet. Disse værdier er altid kun gyldige i forbindelse med den spektrale sammensætning af den kilde, de er bestemt for.

Elektrisk effekt er ikke optisk dosis. Den andel af den elektriske effekt, der når frem til processtedet som anvendelig stråling i det relevante spektralområde, ligger i størrelsesordenen få procent til nogle titalls procent for gasudladningslamper, og den falder over levetiden. Reflektorældning, vinduestilsløring og aflejringer virker multiplikativt. En uændret effektmåling udelukker ikke et dosistab på flere titalls procent.

Tid alene er ikke en processtørrelse. En angivelse som “60 s bestråling” kan kun reproduceres inden for en uændret udstyrskonfiguration. Så snart lampe, afstand, vindue eller gasflow ændres, forskydes dosis, uden at tiden viser det.

185 nm-andelen bliver ofte overvurderet eller er slet ikke til stede. Lavtryks-kviksølvlamper danner kun ozon, hvis pæren er fremstillet af syntetisk kvartsglas med høj VUV-transmission. Doterede pærer blokerer bevidst 185 nm. To lamper med identiske 254 nm-specifikationer kan derfor udvise helt forskellig rengøringsopførsel.

Ved 172 nm begrænser atmosfæren i sig selv rækkevidden. Absorptionstværsnittet for molekylært oxygen ved 172 nm er cirka 4,6 · 10⁻¹⁹ cm². I luft under standardbetingelser giver dette en svækkelse til 1/e efter omkring 4 mm og med 90 % efter omkring 10 mm. En arbejdsafstand på 20 mm betyder derfor ikke “lidt mindre dosis”, men praktisk taget ingen VUV-stråling ved overfladen overhovedet. Ved 185 nm er tværsnittet cirka to størrelsesordener lavere; her er afstande på flere centimeter fornuftige.

Fotonenergi er nødvendig, men ikke tilstrækkelig. En 254 nm-foton bærer 471 kJ/mol, nominelt over bindingsenergien for en C–C-binding. Mættede hydrocarboner absorberer dog kun i ringe grad ved denne bølgelængde. Rengøringseffekten ved 254 nm opstår derfor for det meste indirekte via ozonfotolyse. Den, der anvender 254 nm uden et tilstrækkeligt ozonbudget, mister den dominerende reaktionsvej.

Mere dosis er ikke altid bedre. Ved for lang VUV-behandling af silicium stiger overfladeruheden mærkbart – i studier om direkte limning fra 0,30 nm RMS i udgangstilstanden til omkring 0,94 nm efter 25 min ved 10 mW/cm². Kontaktvinklen er da for længst mættet. Processen har derfor et optimum, ikke en monoton opførsel.

Genkontaminering sker hurtigere end forventet. Aktiverede overflader er termodynamisk ustabile. Hydrocarboner fra omgivende luft, emballage og tilstødende materialer readsorberer inden for minutter til timer. Tiden mellem aktivering og sammenføjning er derfor en af procesparametrene.

Kontaktvinkel og dosis måler forskellige ting. Dosis beviser, at et defineret stråleringsinput fandt sted. Kontaktvinklen eller overfladeenergien beviser, at den ønskede overfladetilstand blev nået. Ingen af størrelserne erstatter den anden.

At måle ved siden af processtedet er ikke det samme som at måle på processtedet. Med spaltedimensioner på få millimeter, med irradiansfald ved kanterne og med skyggende topografi afviger værdien ved komponentens overflade betydeligt fra værdien ved sensorpositionen i kammervæggen.

Den spektrale påvirkning virker på tre niveauer. Først på kildesiden: en dataarkværdi på “365 nm” beskriver tyngdepunktet af en fordeling. FWHM, sekundære maksima og – med LED'er – den temperaturafhængige forskydning af emissionsmaksimummet på typisk nogle tiendedele af en nanometer pr. kelvin-ændring ændrer den effektive andel. Med gasudladningslamper forskydes forholdet mellem g-, h- og i-linjerne over levetiden.

For det andet på materialesiden: fotoresister og fotoinitiatorer har absorptionsbånd med stejle flanker. En forskydning af kilden på nogle få nanometer kan ændre den absorberede andel med flere procent op til flere tiere af procent. Med tykfilmsresister kommer dybdeafhængighed til: i overensstemmelse med Lambert-Beer aftager irradiansen eksponentielt, så overflade- og bunddosis divergerer. Stærkt absorberende systemer giver derfor skrå sidevægge som resultat, reflekterende substrater giver desuden stående bølger.

For det tredje på geometrisiden: i VUV-rensning er bestrålingsspalten et reaktionsrum, ikke en transportvej. Den frie middelvejlængde for atomart oxygen ved atmosfærisk tryk ligger i intervallet af nogle få mikrometer, så den reaktive art forbruges tæt på det sted, hvor den skabes. En forøgelse af afstanden reducerer ikke kun irradiansen, men flytter også radikaldannelsen væk fra overfladen. Med strukturerede komponenter kommer skyggeeffekter, overbestråling af kanter og – i dybe render og blindhuller – begrænset gasudveksling til. Selve ozonkoncentrationen virker også geometrisk: ved 1000 ppm ozon absorberes cirka 13 % af 254 nm-strålingen over en 5 mm vej, ved 5000 ppm cirka halvdelen. En høj ozonkoncentration øger derfor ikke effekten uendeligt, men begynder at skærme den stråling, der driver den.

Tre sammenhænge er tilstrækkelige til at beregne de væsentlige indbyrdes afhængigheder.

Fotonenergi. Af E = h · c / λ følger den molære fotonenergi. Den afgør, hvilke bindinger der overhovedet kan spaltes direkte.

Lambert-Beers lov. E(z) = E₀ · exp(−α · z) beskriver både dæmpningen af VUV-stråling i den iltholdige spalte og dosisprofilen i resistlaget. Absorptionskoefficienten α afhænger af bølgelængde og koncentration; for gasser er α = σ · n med absorptionstværsnittet σ og partikeltætheden n. Modellen forudsætter homogene absorbere, fravær af spredning og konstante optiske egenskaber. I fotoresister brydes den sidste forudsætning, så snart bleaching sætter ind.

Eksponeringskinetik efter Dill. For en positiv resist gælder i første orden M/M₀ = exp(−C · E), hvor M er koncentrationen af den fotoaktive forbindelse, E dosis og C Dill-parameteren med enheden cm²/mJ. Så længe denne beskrivelse holder, er produktet af irradians og tid den styrende størrelse – reciprocitetsloven er opfyldt. En halvering af irradiansen ved dobbelt tid giver samme resultat. Dette udsagn mister sin gyldighed, når en anden, ikke-fotondrevet reaktion er involveret – såsom syrediffusion i post-exposure bake af kemisk forstærkede resister, iltinhibering i tykke lag eller termiske effekter ved høj irradians. Irradians og tid bliver da uafhængige parametre.

Antagelser. Tilfældig kulhydrogenfilm med en tykkelse på 2 nm, densitet 1 g/cm³, gennemsnitlig byggeenhed CH₂ ved 14 g/mol. Bestråling ved 172 nm. Fotonenergi 1,155 · 10⁻¹⁸ J.

Model. Arealrelateret antal byggeenheder N = d · ρ · N_A / M; nødvendigt fotonantal N_Ph = N / Φ med det effektive kvanteudbytte Φ for fuldstændig fjernelse af en byggeenhed; dosis H = N_Ph · E_Ph.

Beregning. N ≈ 8,6 · 10¹⁵ cm⁻². Ved et ideelt udbytte på Φ = 1 ville dosis være ca. 10 mJ/cm². I praksis er der behov for flere fotoner pr. byggeenhed, der skal fjernes, fordi rekombination, absorption i gasfasen og ukomplet oxidation medfører tab. For Φ = 0,1 giver dette ca. 100 mJ/cm², for Φ = 0,03 ca. 330 mJ/cm².

Resultat og tolkning. Ved en typisk VUV-irradians på 10 mW/cm² ved overfladen svarer 100 mJ/cm² til ca. 10 s. Observerede procestider på flere minutter, indtil en kontaktvinkel under 5° opnås, ligger langt over dette. Forskellen er ikke en modsigelse, men den egentlige information: den kvantificerer tabene på grund af absorption i gasfasen, fjernelse af reaktionsprodukter og diffusionsbegrænsning. Enhver, der ønsker at overføre procestider, må derfor kende irradiansen på processtedet; tidsangivelsen alene kan ikke overføres.

Antagelser. i-line positiv resist med en dose-to-clear på 110 mJ/cm², kontrast γ = 3. Eksponering med en mellemtrykslampe, overvåget med et bredbåndsradiometer kalibreret ved 365 nm, hvis responsivitet dog også fanger komponenter ved 405 nm og 436 nm.

Model. Aflæsningen svarer til integralet over s_rel(λ) · E_λ dλ. Hvis lampens linjeforhold forskydes over dens levetid, ændrer aflæsningen sig anderledes end den effektive dosis. Den resterende resisttykkelse følger tilnærmelsesvist Δd/d ≈ −γ · ΔE/E.

Beregning. Et spektralt mismatch på 10 % betyder ved γ = 3 en relativ ændring af den fremkaldte lagtykkelse på omkring 30 %.

Fortolkning. Resistens kontrast forstærker dosisfejl. Den éngangs spektrale karakterisering af kilden er derfor ikke en formalitet, men forudsætningen for, at enhver efterfølgende bredbåndsovervågning overhovedet forbliver fortolkelig.

Halvleder front-end. Rengøring og aktivering før deponering, oxidation eller limning; fotostabilisering; kanteksponering af wafer efter resistbelægning. Kritisk her er frihed for partikelkontaminering og reproducerbarheden af grænsefladetilstanden på tværs af hele waferen, helt ud til kantområdet.

Avanceret pakning og samling. Eksponering af tykke resister til redistributionslag, midlertidig limning og UV-debonding, potting og indkapsling, rengøring før wirebonding, lodning og støbning. Den kritiske processtørrelse er dosis over hele det stadig mere storformatede areal samt dosis i bunden af tykke resistlag.

Direkte og hybrid limning. VUV/O₃-aktivering skaber hydrofile overflader med lavt kulstofindhold og muliggør bindingsstyrker ved betydeligt lavere temperaturer end konventionel hydrofil limning. Kritisk er kontaktvinkel, ruhedsstigning og tiden indtil sammenføjning.

Sensor- og optikfremstilling. UV-aktivering før limning af glas, kvarts, keramik og plast; eksponering af strukturerede funktionslag. Kritisk er det spektrale match mellem kilde og initiator samt undgåelse af materialeskader ved korte bølgelængder.

Bilelektronik og effektelektronik. Rengøring før sammenføjning af effektmoduler, potting og indkapsling med høje krav til vedhæftning under termisk cykling. Kritisk er en dokumenteret doseringshistorik, da procesresultatet næppe kan testes ikke-destruktivt på det færdige modul.

Medicoteknik og life science-apparater. Aktivering af polymerer og mikrofluidiske substrater, eksponering af resister til mikrostrukturer. Kritisk er materialekompatibilitet og dokumenterede procesparametre.

Forskning og metrologi. Bestrålingskamre med defineret, homogen irradians til kinetikstudier, materialeældning og bestemmelse af virkningsspektre.

• Processer med lavt iltindhold. Hvis direkte fotolyse uden oxidativ ozonkemi skal dominere ved 172 nm, inertgøres mellemrummet med kvælstof. Rækkevidden af VUV-strålingen øges derefter betydeligt, og den oxidative komponent forsvinder stort set – processen forskydes fra oxidation til bindingsspaltning og omlejring.
• Temperaturfølsomme samlinger. Excimerkilder ved 172 nm og 222 nm samt LED-systemer arbejder med lav infrarød belastning; den termiske belastning af substratet forbliver lav, hvilket er afgørende for allerede monterede komponenter og polymerer.
• Selektiv bestråling af små områder. Til waferkanter, bondpads og samlingsflader er maskerede systemer eller systemer udført som linje- eller punktkilder hensigtsmæssige; homogenitetskontrollen skal derefter udføres i samme geometri som processen.
• Dybe strukturer og blindhuller. Hvor gasudveksling er den begrænsende faktor, hjælper hverken mere irradians eller mere tid alene. Effektivt er pulserende drift med udluftningsfaser, trykcykling eller et skift til processer med andre transportegenskaber.
• Ozonundgåelse. Hvor ozon er uønsket af hensyn til arbejdsmiljø eller materialer, er 222 nm-kilder, doterede lampekolber eller lav-ozon procesatmosfærer muligheder; rengøringseffekten forskydes påviseligt, så processen skal rekvalificeres.

Målingsopgaven følger direkte af procesopgaven. Til UV-rensning og aktivering er målstørrelsen overfladetilstanden; vandkontaktvinkel eller overfladeenergi måles med etablerede metoder, suppleret med metoder til bestemmelse af restkulstof. Disse størrelser er dog ikke procesreguleringsvariabler, fordi de bestemmes ved stikprøvetagning og uden for processen. Den kontrollerbare referencevariabel er stråleeksponeringen på procespunktet, suppleret med ozonkoncentrationen eller iltindholdet i mellemrummet.

Til UV-eksponering af fotoresist er målstørrelsen den absorberede dosis i resistlaget. Det, der måles, er irradiansen i waferplanet, integreret over eksponeringstiden, plus homogeniteten over eksponeringsområdet.

Ved valg af målemetode:

• En spektral måling er nødvendig, når en kilde karakteriseres for første gang, når teknologier sammenlignes – f.eks. kviksølvlampe versus UV-LED –, når et resist- eller initiatorskifte er på vej, eller når ældningseffekter på linjespektret er mistænkt. Kun spektral irradians gør det muligt at beregne den effektive andel inden for absorptionsbåndet – målt med et spektroradiometer såsom UVpad eller SR900.
• En bredbåndsmåling er tilstrækkelig til rutinemæssig overvågning af en kvalificeret, spektralt kendt proces – til gentagne håndholdte målinger, f.eks. med RMD Pro. Forudsætningen er, at sensorens spektrale følsomhed matcher kildespektret, og at den spektrale mismatch er kvantificeret.
• Rumligt opløste målinger bliver nødvendige, når store arealer, kantområder eller flere kilder er involveret.
• Tidsopløste målinger bliver nødvendige ved pulserende drift, ved transportsystemer og ved kemisk forstærkede systemer, hvor reciprocitet ikke er sikret.

Kravet er ikke grænsefladen, men gyldigheden af den overførte værdi. En struktur med tre niveauer giver mening.

Niveau 1 – referencekarakterisering. Spektral måling af kilden i procesgeometri, én gang og efter hver indgriben. Resultaterne er det relative spektrum, homogenitetskortet og konverteringsfaktorerne mellem procespunktet og den permanent installerede sensorposition.

Niveau 2 – stationær procesovervågning. Permanent installerede, temperaturstabiliserede sensorer på en defineret position leverer kontinuerligt irradians og, afledt heraf, dosis pr. komponent – inline-sensorer forbliver permanent i strålevejen, PLC.net leverer sine værdier til controlleren via Ethernet, PLC.D dækker seriel forbindelse og triggeret drift. Kritisk er overførbarheden: uden den faktor, der bestemmes i niveau 1, beskriver sensoren kun sig selv.

Niveau 3 – kontrol og sporbarhed. Fra den målte dosis justeres lampe- eller LED-effekt, ældningstendenser detekteres, og vedligeholdelsesintervaller udledes. Dosis pr. komponent arkiveres sammen med identifikation, tidsstempel og udstyrstilstand. Dette gør en proces dokumenterbar, hvis resultat ikke længere kan testes ikke-destruktivt på det færdige produkt.

Teknisk væsentlig er overgangen fra tidsstyring til dosiskontrol: et system, der styrer mod en måldosis, kompenserer selv for lampeældning og vinduestilslimning, så længe sensoren er kalibreret og konverteringsfaktoren er gyldig. Et system, der kører på tid, mister denne kompensation helt. Hvordan sådanne målekæder integreres i kontrolomgivelser, er beskrevet på applikationssiden UV-teknologi til automatisering og procesintegration.

De vigtigste bidragydere til måleusikkerhed er spektral mismatch, afvigelse fra den ideelle cosinusrespons, temperatur- og linearitetseffekter i detektoren samt positioneringsusikkerheden i bestrålingsmellemrummet. Ved VUV-målinger kommer den yderligere faktor, at sensoren selv er en del af absorptionsvejen: sensorgeometri og gasstrømning omkring den ændrer aflæsningen. En sporbar kalibrering – for eksempel udført af et ISO/IEC 17025-akkrediteret kalibreringslaboratorium – fastlægger den systematiske del af denne usikkerhed, men erstatter ikke den applikationsspecifikke vurdering af den spektrale mismatch.

Fem arbejder udgør det tekniske grundlag for de centrale udsagn i denne tekst om rensningsmekanisme, procesoptimum og eksponeringskinetik:

1. Grundlaget for UV/ozon-rensning. Den systematiske sammenfatning af mekanismerne – direkte fotolyse, ozondannelse ved 185 nm, ozonfotolyse ved 254 nm og betydningen af korte afstande mellem lampe og overflade – blev opnået i en oversigtsartikel, der fortsat tjener som reference for procesdesign og krav til forrensning. – Vig, J. R.: UV/ozone cleaning of surfaces, Journal of Vacuum Science & Technology A 3(3), 1027–1034, 1985.
2. VUV/O₃-aktivering til lavtemperatur-direktbonding. Studiet undersøgte effekten af 172 nm-bestråling ved 10 mW/cm² og 2 mm afstand på silicium og smeltet kvarts. Vandkontaktvinklen falder fra omkring 70° til under 2° inden for få minutter, bindingsstyrken ved 200 °C overstiger værdierne for konventionelle hydrofile processer ved 400 °C, mens ruheden stiger betydeligt ved for lang bestråling. Arbejdet påviser både effektiviteten og eksistensen af et procesoptimum. – Xu, J.; Wang, C.; Wang, T.; Wang, Y.; Kang, Q.; Liu, Y.; Tian, Y.: Mechanisms for low-temperature direct bonding of Si/Si and quartz/quartz via VUV/O₃ activation, RSC Advances 8, 11528–11535, 2018.
3. Dosisafhængig materialeændring gennem UV-ozon. På todimensionale halvledere blev det påvist, at UV-ozonbehandling bevidst kan justere optiske og elektriske egenskaber, men forringer dem irreversibelt ud over en optimal behandlingstid. For procespraksis følger det, at “renset” og “uændret” ikke gælder samtidigt i vilkårligt lang tid. – Sarcan, F., et al.: Ultraviolet-Ozone Treatment: An Effective Method for Fine-Tuning Optical and Electrical Properties of Suspended and Substrate-Supported MoS₂, Nanomaterials 13(23), 3034, 2023.
4. Kvantitativ beskrivelse af fotoresist-eksponering. Introduktionen af de størrelser, der senere blev kendt som Dill-parametrene A, B og C, skabte grundlaget for at behandle eksponering som en kinetisk proces med målelige materialekonstanter i stedet for at køre den empirisk på tidsangivelser. – Dill, F. H.; Hornberger, W. P.; Hauge, P. S.; Shaw, J. M.: Characterization of positive photoresist, IEEE Transactions on Electron Devices 22(7), 445–452, 1975.
5. Absorption og fotonstatistik for moderne resister. Målinger af dynamiske absorptionskoefficienter viser, at antallet af absorberede fotoner pr. volumen ved korte bølgelængder og lave doser bliver så lille, at statistiske effekter medbestemmer processvinduet. Dette forklarer, hvorfor dosisreduktion ikke kan realiseres vilkårligt som en produktivitetsgevinst. – Fallica, R.; Stowers, J. K.; Grenville, A.; Frommhold, A.; Robinson, A. P. G.; Ekinci, Y.: Dynamic absorption coefficients of chemically amplified resists and nonchemically amplified resists at extreme ultraviolet, Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS 15(3), 033506, 2016.

Publikationsfinderen lister alle publikationer om elektronik og halvledere, vi har kendskab til – kan søges efter enhed, felt og søgeord.

UV-bestråling og mikrostrukturering forekommer også i flere facetter i publikationer fra Opsytecs kunder – fra fotolitografi i mikrofluidchips til den dosisafhængige materialrespons hos en fotoresist.

Viser, at hydrogel-mikrostrukturer i mikrofluidchips kan fremstilles med simpel UV-fotolitografi ved VLSI-kompatibel densitet – eksponeringsdosis og maskegeometri bestemmer den opnåelige strukturelle nøjagtighed.
Hydrogel patterns in microfluidic devices by do-it-yourself UV-photolithography suitable for very large-scale integration
Beck, Anthony, et al. "Hydrogel patterns in microfluidic devices by do-it-yourself UV-photolithography suitable for very large-scale integration." Micromachines 11.5 (2020): 479.

Måler det eksponeringsafhængige brydningsindeks for en fotoresist – direkte bevis på, at den absorberede dosis bestemmer materialeegenskaberne udover den blotte mønsteroverførsel.
Exposure-dependent refractive index of Nanoscribe IP-Dip photoresist layers
Dottermusch, Stephan, et al. "Exposure-dependent refractive index of Nanoscribe IP-Dip photoresist layers." Optics letters 44.1 (2018): 29-32.

Anvender fotolitografisk mikrostrukturerede polymerbærere til seriel krystallografi ved synkrotroner – UV-mikrostrukturering uden for klassisk chipfremstilling, med samme krav til dosis og homogenitet.
Micro-structured polymer fixed targets for serial crystallography at synchrotrons and XFELs
Carrillo, Melissa, et al. "Micro-structured polymer fixed targets for serial crystallography at synchrotrons and XFELs." IUCrJ 10.6 (2023).

Undersøger UV-induceret degradering af silicium-heterojunction-solceller under defineret bestråling – samme spørgsmål om dosis og spektrum, blot stillet til den færdige halvlederkomponent.
Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells
Xu, Binbin, et al. "Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells." Small Structures 7.6 (2026).

Flere arbejder fra relaterede felter er samlet i publikationer fra kunder, sorteret efter emne.

1. Vig, J. R.: UV/ozone cleaning of surfaces. Journal of Vacuum Science & Technology A 3(3), 1027–1034 (1985). DOI 10.1116/1.573115 – mekanismer for UV/ozon-rengøring, afstandsafhængighed, krav til forrensning.
2. Dill, F. H.; Hornberger, W. P.; Hauge, P. S.; Shaw, J. M.: Characterization of positive photoresist. IEEE Transactions on Electron Devices 22(7), 445–452 (1975). DOI 10.1109/T-ED.1975.18159 – kinetisk beskrivelse af eksponering, Dill-parametrene A, B, C.
3. Xu, J., et al.: Mechanisms for low-temperature direct bonding of Si/Si and quartz/quartz via VUV/O₃ activation. RSC Advances 8, 11528–11535 (2018). DOI 10.1039/C7RA13095C – 172 nm aktivering, kontaktvinkel, bindingsstyrke, ruhedsgrænse.
4. CIE 220:2016, Characterization and Calibration Method of UV Radiometers, sammen med CIE S 017/E:2020 (ILV; den tidligere tyske klassificering iht. DIN 5031-7:1984 er trukket tilbage uden efterfølger) – definition af UV-spektralområderne, spektral mismatch, kalibrerings- og karakteriseringsmetoder for UV-radiometre.
5. ISO 19403-2, Wettability – Determination of the surface free energy of solid surfaces by measuring the contact angle, og DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories – normative grundlag for overfladevurdering og sporbar strålingsmåling.
6. SEMI, Mid-Year Total Semiconductor Equipment Forecast (2026), WSTS Semiconductor Market Forecast, Spring 2026 og Yole Group, Status of the Advanced Packaging Industry (2025) – markedsindikatorer for investeringer i front-end, back-end og advanced packaging; hver citeret med sit årstal.

Hvordan fungerer UV-ozonrensning af wafere?
Kortbølget UV-stråling splitter bindinger i organiske adsorbater og genererer samtidig ozon og atomart oxygen fra oxygenet i luften. Disse reaktive forbindelser oxiderer hydrocarboner til CO₂ og H₂O. Processen er tør, kontaktfri og lavpartikel; resultatet ses som en faldende vandkontaktvinkel og stigende overfladeenergi.

Hvilken bølgelængde er velegnet til UV-rensning af halvlederoverflader?
Kombinationen 185/254 nm fra kviksølvlavtrykslamper virker primært indirekte via ozondannelse og ozonfotolyse og tillader større arbejdsafstande. Xenon-excimerstråling ved 172 nm virker desuden direkte, fordi dens fotonenergi på 7,2 eV ligger over bindingsenergierne for C-C, C-H og C-O. 222 nm er en mulighed, når ozon skal undgås.

Hvorfor mislykkes rensning ved 172 nm ved større afstand?
Molekylært oxygen absorberer stærkt ved 172 nm. I luft under standardbetingelser falder irradiansen til 1/e efter cirka 4 mm og til en tiendedel efter omkring 10 mm. Samtidig dannes det reaktive oxygen da ikke længere ved overfladen. Sædvanlige arbejdsafstande ligger derfor i området 1 til 3 mm.

Hvilken dosis er nødvendig til UV-bestråling af fotoresist?
Dosis afhænger af resisttype, lagtykkelse, substratreflektion og kildens spektrum. Tynde i-line-positivresister kræver typisk 65 til 110 mJ/cm² i en maskealigner, tykfilmsresister til redistributionslag i størrelsesordenen 180 mJ/cm². Sådanne værdier kan kun overføres sammen med det spektrum, de er bestemt for.

Hvad er forskellen mellem irradians og stråleeksponering?
Irradians i mW/cm² beskriver den strålingseffekt pr. areal, der ankommer i dette øjeblik. Dosis i mJ/cm² er dens integral over tid. Ved førsteordens fotoreaktioner bestemmer dosis omdannelsesgraden. Så snart diffusion eller termiske processer er involveret, bliver irradiansen en selvstændig parameter. Hvordan irradians, dosis og fluens formelt adskiller sig, er beskrevet i overblikket over radiometriske størrelser.

Hvorfor er lampens elektriske effekt ikke tilstrækkelig til at bedømme processen?
Kun en del af den elektriske effekt omdannes til brugbar stråling i det relevante spektralområde, og kun en del af den når komponentens overflade. Reflektorens ældning, tilsmudsning af vinduet, afstand og absorption i procesatmosfæren virker multiplikativt. En uændret elektrisk effekt udelukker ikke et betydeligt dosistab. Hvorfor en effektangivelse principielt ikke er en målestørrelse, er beskrevet under radiometriske størrelser.

Hvordan måles UV-dosis i produktionsudstyr?
Først karakteriseres kilden spektralt i procesgeometrien, og forholdet mellem procespunktet og den fast monterede sensors placering bestemmes. En kalibreret bredbåndssensor på en fast placering overtager derefter den rutinemæssige overvågning. Dosis arkiveres pr. komponent for at kunne dokumentere ældningstendenser og procesafvigelser.

Hvornår er en spektral måling strengt nødvendig?
Ved den første karakterisering af en kilde, ved sammenligning af forskellige teknologier som kviksølvlampe og UV-LED, ved skift af resist eller fotoinitiator, og når ældningsbetingede forskydninger af spektret er en mulighed. Bredbåndsmålinger kan i disse tilfælde tilsløre systematiske fejl på flere tiere af procent.

Fotokemisk overfladebehandling forbinder halvlederproduktion med nærliggende områder: optik og præcisionskomponenter anvender samme UV-ozon- og VUV-aktivering på optiske overflader, fotovoltaik kører sammenlignelige waferprocesser, herunder UV-induceret nedbrydning, og UV-limning, potting og indkapsling beskriver de sammenføjningstrin, der følger efter aktivering.

Uklart, hvor meget irradians ved 172 nm der faktisk når frem til waferoverfladen i en spalte på få millimeters bredde – eller hvor meget dosis der er tilbage i bunden af et 15 µm resistlag? En spektral måling i procesgeometrien og en metrologisk sporbar kalibrering af de anvendte sensorer klarlægger, om et procesvindue er reelt eller kun nominelt – skriv til os med dit spørgsmål.