Monitoring quality parameters in standard cleaning baths

Význam tématu

Optimální chemická očista křemíkových waferů hraje zásadní roli při zajištění čistého, zrcadlově lesklého a bezvadného povrchu. Jakékoli nečistoty či mikroskopické částice mohou vést k selhání finálního polovodičového zařízení, a proto je kontinuální monitoring parametrů čisticích lázní nezbytný pro vysokou výtěžnost a kvalitu výroby.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a demonstrovat systém pro simultánní inline měření hlavních složek standardních čisticích lázní SC1 a SC2 pomocí bezreagenciální NIR spektroskopie. Hlavními analyty jsou roztok amoniaku (NH4OH), peroxidu vodíku (H2O2) a kyseliny chlorovodíkové (HCl). Studie srovnává naměřená data s referenčními metodami a ukazuje přínos rychlého zásahu do procesu.

Použitá metodika a instrumentace

Inline analýza byla realizovaná vlnovou délkou 800–1300 nm beznutnost přidávat chemické činidlo. Kalibrace probíhala na základě srovnání NIR spekter s výsledky iontové chromatografie a titračních metod.

• NIRS XDS Process Analyzer – SingleFiber SinglePoint
• Multiplexer pro až 9 měřicích bodů
• Nízkoodpustné optické vlákno umožňující vzdálenost až 100 m
• Speciální průtoková kyveta pro jednoduchou montáž na PFA vedení

Hlavní výsledky a diskuse

Inline systém umožnil udržovat koncentrace NH4OH (0–1 wt %) a H2O2 (0–2 wt %) v lázni SC1 při 65 °C a HCl (0–1,5 wt %) a H2O2 (0–5 wt %) v lázni SC2 při 35 °C. Díky kontinuálnímu sledování se dosáhlo snížení spotřeby chemikálií až o 25 % a výrazného snížení fluktuací koncentrace, což vedlo k nižší hustotě defektů na waferech.

Možnost umístění analyzátoru mimo čistou místnost a propojení optickými vlákny výrazně zvýšila bezpečnost obsluhy a eliminovala riziko kontaminace. Trendové grafy ukázaly rychlou odezvu systému na doplňování reagentů.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšení produktivity a reprodukovatelnosti procesu
• Snížení odpadu a nákladů na chemikálie
• Minimalizace expozice personálu chemickým činidlům
• Možnost rozšíření monitoringu až na devět bodů procesu

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj inline NIR spektroskopie lze očekávat v oblasti analýzy dalších speciálních lázní, např. elektrolytů pro leptání kyseliny fluorovodíkové, měděných koupelí či směsných leptacích činidel. Integrace s pokročilou automatizací a umělou inteligencí umožní prediktivní řízení kvality a další úspory.

Závěr

Bezdotyková inline NIR analýza představuje spolehlivý nástroj pro kontinuální kontrolu standardních čisticích lázní v polovodičovém průmyslu. Díky přesné kalibraci vůči referenčním metodám je možné rychle reagovat na změny koncentrací, snižovat výrobní náklady a minimalizovat odpad.

Reference

• Metrohm AG AN-PAN-1012 Electroless Nickel Plating Semicon PCB Analysis of Nickel ion & Hypophosphite content
• Metrohm AG AN-PAN-1028 Monitoring Tetramethylammonium Hydroxide TMAH in Developer
• Metrohm AG AN-PAN-1054 Online monitoring of hydrogen peroxide during CMP process