Valmistuskemikaalien märkäprosessin monitorointi ja häiriöiden tunnistus

Prosessimonitorointiovelluksissa kemiallisen tasapainon on pysyttävä haluttuna pitkällä aikavälillä. Häiriönetsintäsovelluksissa järjestelmän on varmennettava, että prosessiin annostellaan oikeaa kemikaalia. Tarkan monitoroinnin ansiosta valmistajat tietävät kunkin kemikaalivirran koostumuksen. Ilman monitorointia tapahtuva valmistus tekee käytännössä kiekoista kemikaalien valvontalaitteita. Siinä vaiheessa kyseiset kiekot on jo menetetty ja laitteet ovat voineet kontaminoitua.

Vaisala K‑PATENTS®puolijohderefraktometri tarjoaa reaaliaikaista nesteiden mittausta ja monitorointia, ja se estää väärien kemikaalipitoisuuksien annostelun kiekoille. Laite ilmaisee milloin kemikaalia olisi täydennettävä, esimerkiksi vesipitoisuus EKC:ssa etsauksen jälkeisessä jäänteiden poistossa, ja se myös indikoi kylvyn elinkaaren ja KOH-pitoisuuden piin etsauksessa.

 

Valmistuskemikaalien märkäprosessin monitorointi ja häiriönetsintäsovellukset

Vaisala tarjoaa prosessilinjalla käytettäviä reaaliaikaisia, luotettavia, tarkkoja ja edullisia mittalaitteita märkäprosessin pitoisuusmittauksiin. Näillä mittalaitteilla voidaan korvata kalliit ja monimutkaiset analysaattorit, joita käytetään valmistuskemikaalien prosessinvalvonnassa ja häiriöntunnistuksessa sekä CMP:n slurryn koostumuksen ja pitoisuuksien valvonnassa.

Kemikaalien bulkkitoimitus

Saapuvien kemikaalien laaduntarkistus esimerkiksi kemikaaleille HF, IPA, DHF, H2O2, HNO3, HCI, KOH, NaOH ja NH4OH. 

Peroksidin sekoitus ja annostelu CMP:ssä

Kriittiset prosessijärjestelmät: vetyperoksidin H2O2 tai muun hapettimen pitoisuuden valvonta kemiallismekaanisessa tasoitusprosessissa (CMP, Chemical Mechanical Planarization). 

Piin KOH-etsaus

Etsauksen optimaalisen lopetuskohdan selvittäminen KOH-kylvyn pitoisuuden monitoroinnilla. 

Asiantuntijaraportit

Saapuvan tuoreen ja käytetyn CMP-slurryn ominaisuuksien analysointi taitekertoimen avulla

Taitekerroinmittaus märkäprosessilinjalla on paras tekniikka CMP-slurryn vetyperoksidipitoisuuden selvittämiseen. Peroksidipitoisuus ei kuitenkaan ole ainoa tärkeä mitattava slurryn ominaisuus. Tavallisesti valmistaja toimittaa slurry-nesteet tiivisteinä, jotka sitten laimennetaan valmistuslaitoksella vedellä ja peroksidilla. Vaikka slurryn tiheys on olennainen suure CMP:n toiminnan kannalta, saapuvan slurryn tiheys voi vaihdella erästä toiseen.

Taitekerroinmittaus korvaa titrauksen volframin CMP:n H₂O₂-pitoisuuden selvittämisessä

Taitekerroinmittaus on osoittautunut parhaaksi tekniikaksi peroksidipitoisuuden selvittämiseksi CMP:ssä. Monissa uusissa prosessivirroissa hyödynnetään CMP:tä kriittisenä piirirakenteiden muodostamisen työkaluna. Tämä lisää CMP-vaiheiden määrää merkittävästi ja kasvattaa samalla tuotantomenetysten riskiä, jos slurryn koostumus poikkeaa määritetystä. Vaikka määritellyin aikavälein toteutettavat titrausmittaukset voivat tuottaa erittäin tarkkoja tuloksia, ne vaativat paljon pääomaa ja aiheuttavat paljon ylläpitokustannuksia. Lisäksi ne antavat vain yksittäisiä näytteitä. Taitekerroinmittaus sen sijaan toimii jatkuvasti eikä kuluta slurrya. Tämä auttaa valmistajia tunnistamaan slurryn koostumusvirheet nopeasti, jotta kiekot eivät mene pilalle.

Taitekerroinmittaus CMP-slurryn häiriöntunnistajana

Johtavat valmistajat suosivat nykyään taitekerroinmittausta CMP-slurryn sekoitus- ja annostelujärjestelmien häiriöntunnistuksessa. Taitekerroinmittaus on jatkuvatoiminen mittaustekniikka, joka ei edellytä näytteenottoa, joten valmistajat voivat sen ansiosta havaita muutoksia slurryn koostumuksessa nopeasti.

Kun taitekerroinmittalaitteet on kalibroitu slurryn lämpötila- ja taitekerroinominaisuuksien mukaan, ne voivat määrittää slurryn vetyperoksidipitoisuuden ±0,02 painoprosentin tarkkuudella sekä kupari- että volframislurrysta. Pitkäaikaisissa tutkimuksissa on todettu, että vähäisten solmukohtien tekniikan CMP-prosesseissa slurryn koostumusten mittaus on ollut luotettavaa kolmen vuoden ajan ilman mittalaitteiden ylläpitoa, pois lukien rutiininomainen slurryn sekoitussäiliön huuhtelu. 

Tehtaassa toteutettava puolijohteiden valmistuskemikaalitoimitusten monitorointi

Saapuvien kemikaalien laadunvalvonta on jätetty kemikaalintoimittajien huoleksi. Puolijohdevalmistajilla on hyvin rajalliset valmiudet tunnistaa mahdollisia ongelmia toimittajilta vastaanotetuissa prosessikemikaaleissa. Tutkimusten mukaan tuote on alttiina saapuvien kemikaalien muutoksille riippumatta siitä, onko syy toimittajassa tai mekaanisessa taikka inhimillisessä virheessä. Oikeastaan voidaan sanoa, että itse tuote toimii kemikaalien valvontatyökaluna. Tässä artikkelissa käsitellään erilaisia valvontamenetelmiä ja suositetaan parhaita käytäntöjä kustannustehokkaaksi ratkaisuksi monenlaisiin puolijohteiden kemiallisiin sovelluksiin. Ratkaisu yleiseen ongelmaan ei ole yksittäinen laite tai toimintatapa, vaan pikemminkin joukko laitteita sekä perustavanlaatuinen muutos kemikaalien annostelua koskevaan ajattelutapaan. Artikkelissa käsitellään myös johtopäätöksiä tukevia tietoja ja muita merkityksellisiä tutkimustuloksia.