Online monitoring of sulfuric acid and hydrogen peroxide using Raman spectroscopy

Význam tématu

Kontrola koncentrací kyseliny sírové a peroxidu vodíku v leptacích roztocích je klíčová pro optimalizaci rychlosti, selektivity a rovnoměrnosti mokrého leptání polovodičových destiček. Elektronické aplikace vyžadují přísné řízení kvality, přičemž manuální odběry představují riziko chyb a zdravotního ohrožení pracovníků. Online monitorování eliminuje tato rizika a zvyšuje efektivitu provozu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentované aplikace je ukázat metodu simultánního stanovení koncentrace kyseliny sírové a peroxidu vodíku v roztocích SPM (piranha solution) a DSP pomocí Ramanovy spektroskopie. Studie se zaměřuje na implementaci online analýzy s minimálními prostorovými nároky a bez nutnosti manuálních odběrů.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda vychází z Ramanovy spektroskopie realizované PTRam Analyzerem od Metrohm Process Analytics. Měřicí sonda pracuje bezeztrátově přes chemicky odolné PFA kapiláry, což umožňuje přímé měření agresivních kyselin. Díky integrovanému softwaru IMPACT a propojení s DCS/PLC/SCADA je možné automatizovat sběr dat, kalibraci a validaci výkonu.

Hlavní výsledky a diskuse

Online Ramanova spektroskopie poskytuje kontinuální data o koncentracích obou složek, srovnatelná s tradičními referenčními metodami (např. titrací). Instalace sondy přímo na mokrý pult minimalizuje prostorové omezení a zajišťuje reprezentativní měření bez zásahů obsluhy. Integrace s řídicími systémy umožňuje okamžitou korekci složení leptacího roztoku a optimalizaci procesu.

Přínosy a praktické využití metody

• Odstranění expozice pracovníků nebezpečným chemikáliím díky bezkontaktnímu měření.
• Rychlá reakce na odchylky v koncentracích umožňující plynulou výrobu.
• Vyšší reprodukovatelnost a kvalita leptání vedoucí k menšímu množství defektních destiček.
• Optimalizace nákladů spojená s redukcí odpadu a minimalizací nadměrného dávkování činidel.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření Ramanovy spektroskopie v on-line monitorování dalších kritických procesů v mikroelektronice. Pokročilá analýza dat, umělá inteligence a strojové učení mohou umožnit prediktivní řízení údržby a další optimalizaci procesních parametrů. Adaptace na různé chemické roztoky a multi-parametrické analýzy zvýší flexibilitu metody.

Závěr

Implementace Ramanovy spektroskopie s PTRam Analyzer zajišťuje bezpečné, rychlé a přesné sledování koncentrací kyseliny sírové a peroxidu vodíku v roztocích SPM a DSP. Metoda přináší významné zlepšení procesní kontroly, zvyšuje efektivitu výroby a snižuje rizika i provozní náklady.

Reference

1. Dry Etching vs. Wet Etching - Differences and Applications. Xometry Resources blog, 2023.
2. Clews, P. J.; Nelson, G. C.; Matlock, C. A. Sulfuric Acid/Hydrogen Peroxide Rinsing Study. Sandia National Laboratories.