一种运用分子模拟确定半导体零部件最佳清洗参数的方法技术

本发明专利技术涉及一种运用分子模拟确定半导体零部件最佳清洗参数的方法，通过分子动力学模拟的方法模拟出在不同条件下污染物从氟塑料零部件迁移到溶液中的扩散过程，并对模拟结果进行计算分析，得到扩散系数等相关参数。运用数据所揭示的污染物的迁移扩散现象和机理，得到在不同工艺条件下的清洗浸泡效果，并根据浸泡效果确定合适的浸泡溶液及相应的清洗工艺参数，包括温度、时间等。能优化清洗、浸泡工艺，从而提高产品生产效率，降低产品制造成本。降低产品制造成本。降低产品制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种运用分子模拟确定半导体零部件最佳清洗参数的方法


[0001]本专利技术属于塑料加工
，涉及一种运用分子模拟确定半导体零部件最佳清洗参数的方法。

技术介绍

[0002]半导体工业的诸多环节对于原料和设备的洁净度有很高的要求，需要达到所谓的“超洁净”条件，即满足半导体行业同行的的SEMI F57和SEMI F63等标准。然而，制造适用于超洁净条件的零部件是困难的。聚四氟乙烯(PTFE)或可熔性聚四氟乙烯(PFA)这两种氟塑料材料具备良好的抗腐蚀和抗污染性能，常用于制造超洁净零部件，在制造成型后，还需要经过清洗和浸泡工序来去除产品表面的污染物。现有对氟塑料制件的清洗方法主要是依据半导体行业清洗标准SEMI F40，但由于每种产品污染程度不同，无法使用统一的清洗条件以保证达到相关性能要求，而需要更改清洗液配方和清洗工艺参数。由于实践中缺乏可靠的理论和数据指导，工艺人员只能通过反复尝试、检验以寻找最佳的清洗工艺条件。这种方法人力和时间成本高。而且，改变清洗液配方和清洗工艺参数对清洗效果的影响不是线性的，例如清洗液中常常包含盐酸或硝酸，盐酸或硝酸在低浓度和高浓度下的挥发性等理化性质差异大，像浓硝酸还会使金属表面产生钝化现象，因此通过机械性的试验难以获得最佳的清洗工艺条件。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种运用分子模拟确定半导体零部件最佳清洗参数的方法，运用分子动力学模拟的方法模拟出在不同条件下污染物从氟塑料零部件迁移到溶液中的扩散过程，并对模拟结果进行计算分析，得到扩散系数等相关参数，进而根据分析结果确定最佳的清洗条件，从而提高氟塑料制件的清洗效果和效率。。
[0004]本专利技术具体包括如下步骤：
[0005]1)选取需模拟分析的氟塑料材料和污染物类型；
[0006]2)通过分子模拟软件构建一定链长、链数的氟塑料和污染物无定形晶胞模型；
[0007]3)构建氟塑料
‑
污染物层和一定分子数的不同清洗液的双层模型；
[0008]4)对所构建的双层模型进行几何优化及退火模拟，获得稳定的模型；
[0009]5)对步骤4)获得的模型进行NVT(正则系综)分子动力学模拟，得到运动轨迹文件及均方位移MSD数据。
[0010]6)将均方位移MSD与时间对应绘制做图，得到MSD
‑
t曲线；
[0011]7)对MSD
‑
t曲线进行线性拟合，求解拟合曲线的斜率。通过爱因斯坦扩散方程计算污染物分子从氟塑料扩散到溶液中的扩散系数，根据扩散系数可以得知污染物在不同清洗液及不同温度下的扩散快慢程度，扩散系数越大代表污染物扩散越快，相应清洗效果也越佳，故可以据此得出最佳清洗溶液及针对不同清洗液的最佳清洗温度。
[0012]进一步的，所述的步骤4)，具体为：对步骤3)中获得的模型进行能量最小化的优
化，并进行300K～500K、5cycles的退火模拟。
[0013]进一步的，所述的步骤5)，具体为：首先进行常温下的NVT动力学模拟，通过弛豫过程使模型从非平衡态回到平衡态；对平衡态的模型在不同温度下进行的NVT分子动力学模拟，并间隔设定步数输出轨迹数据。对平衡态的模型在每个温度下进行不同清洗试剂NVT分子动力学模拟，并间隔设定步数输出轨迹数据。模拟后，对运动轨迹文件进行分析，计算其物理参数，得到不同条件下的均方位移MSD数据；
[0014]进一步的，所述的步骤7)，具体为：清洗液一般为UPW、100％异丙醇和各种浓度的盐酸、硝酸或混酸，其中UPW主要用于清洗残余的酸及醇，异丙醇主要用来清洗产品表面的有机物，故只需要确定清洗效果更佳的酸液，而盐酸、硝酸均易挥发，且硝酸在达到一定浓度后易使金属钝化，因此，需要有具体的数据指导，来选择最佳的清洗浓度和温度。通过选取不同浓度的盐酸、硝酸及混酸，获取污染物在不同浓度的酸液及不同温度下模拟得到的MSD
‑
t曲线及其斜率，并根据斜率通过爱因斯坦扩散方程计算扩散系数，其中扩散系数越大，相应的清洗效果也越佳。
[0015]进一步的，清洗液浸泡的总时间是小时，其中D为扩散系数，扩散系数为扩散距离和时间的函数，单位为cm2·
S
‑1。L为待清洗零部件的厚度，单位cm。
[0016]本专利技术利用计算机和相应模拟软件对半导体超洁净氟塑料零部件内污染物的扩散进行分子动力学模拟，通过模拟不同影响因素下污染物分子从氟塑料扩散至酸液中的过程，得到了相应的扩散系数结果数据，并根据扩散系数找到合适的清洗浸泡溶液及工艺参数。从而显著优化清洗工艺，提高清洗效率，为企业节省生产成本。
附图说明
[0017]图1为含污染物分子的PTFE和溶液的双层模型图；
[0018]图2a为污染物分子在10％HCl溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0019]图2b为污染物分子在20％HCl溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0020]图2c为污染物分子在30％HCl溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0021]图2d为污染物分子在20％HNO3溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0022]图2e为污染物分子在30％HNO3溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0023]图2f为污染物分子在40％HNO3溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0024]图2g为污染物分子在10％HCl+20％HNO3溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0025]图2h为污染物分子在20％HCl+40％HNO3溶液中各温度下的均方根位移示意图；
[0026]图2i为污染物分子在30％HCl+30％HNO3溶液中各温度下的均方根位移示意图。
具体实施方式
[0027]实施例1：
[0028]本实施例以对含污染物ZnO的聚四氟乙烯PTFE材料进行清洗工艺优化为例，具体步骤如下：
[0029]1)选取需模拟分析的聚四氟乙烯PTFE材料和污染物ZnO；
[0030]2)在分子模拟软件(例如GROMACS软件)中导入ZnO单体结构，建立ZnO的四面体
(Tetrahedron)晶胞结构；
[0031]3)构建PTFE无定形晶胞模型，生成聚合度为20的单链。
[0032]4)在无定形晶胞模块，生成晶胞参数为的立方单胞结构。
[0033]5)导入水分子、HCl分子模型，然后在无定形晶胞模块的设置项目里的任务选项选择结构，精度选Fine，根据不同溶液选择对应密度(经查表知：10％HCl溶液密度为1.048g/cm3、20％HCl溶液密度为1.098g/cm3、30％HCl溶液密度为1.15g/cm3)、输出默认为1frames，组成项目里，分子的选择内容跟溶液的选择也有关系：10％HCl溶液第一个选择HCl分子模型文件，加载数为17，第二个选择水分子模型文件，加载数为302；20％HCl溶液第一个选择HCl分子模型文件，加载数为35，第二个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运用分子模拟确定半导体零部件最佳清洗参数的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：1)选取需模拟分析的氟塑料材料和污染物类型；2)在分子动力学模拟软件中构建氟塑料和污染物无定形晶胞模型；3)构建氟塑料
‑
污染物层和不同清洗液的双层模型；4)对所构建的双层模型进行几何优化及退火模拟，获得稳定的模型；5)对步骤4)获得的模型进行NVT分子动力学模拟，得到运动轨迹文件及均方位移MSD数据；6)将均方位移MSD与时间对应绘制做图，得到MSD
‑
t曲线；7)对MSD
‑
t曲线进行线性拟合，求解拟合曲线的斜率；通过爱因斯坦扩散方程计算污染物分子从氟塑料扩散到溶液中的扩散系数，分析扩散系数得出最佳清洗溶液及针对不同清洗液的最佳清洗温度。2.如权利要求1所述的一种运用分子模拟确定半导体零部件最佳清洗参数的方法，其特征在于：所述的步骤4)，具体为：对步骤3)中获得的模型进行能量最小化的优化，并进行300K～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈加成，刘范，应卫祥，付婧媛，
申请(专利权)人：浙江启尔机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：