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ABB WPA分析仪在半导体湿法过程监测的应用

--ABB WPA分析仪在半导体湿法过程监测的应用

供稿:ABB(中国)有限公司自动化产品部--仪器仪表部 2014/6/27 14:55:00

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  • 关键词: 电机 opc 流量计
  • 摘要:本文对采用SC1, SC2, DHF, BOE 和 SPM化学组份的清洗流程优化问题进行重点探讨。通过案例分析对WPA应用进行说明。

  

  清洗液: SC1, SC2, DHF, BOE, SPM  

 

  高品质、高产出、低成本是半导体生产行业所追寻的终极目标。生产流程的严格控测是实现该目标的必要条件,清洗生产流程中化学组份浓度监测是该目标实现的根本。

 

  傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪是清洗生产流程监测的理想分析技术,并已得到广泛应用。在清洗化学领域,该技术能提供快速、准确的、很高的重复性。

 

  在FTIR技术方领域,ABB一直是全球的领先者。在过去的三十多年里,ABB一直致力于FTIR分析仪的研究与开发其所研发的清洗流程分析仪(WPA)是一项基于FTIR技术的方案,能够满足半导体生产行业的严格要求。

 

  WPA是一种专为清洗流程在线、实时监控而设计的分析设备。该设备可对半导体生产流程的清洗、蚀刻、去光胶液过程中所采用的各种要求极为严格的溶液浓度进行监测,同时,一台WPA分析仪可监测多达八种不同的流路。

 

  本文对采用SC1, SC2, DHF, BOE 和 SPM化学组份的清洗流程优化问题进行重点探讨。通过案例分析对WPA应用进行说明。

 

  分析技术

  电磁光谱的近红外(NIR)部分介于中外红(MIR)与可见光(VIS)之间。氢原子的基频与合频组合作用是该光谱区形成的主要机理。

 

  ABB WPA分析仪利用FT-NIR光谱仪的优势,并结合非介入型的Teflon ClippIR 专利技术对溶液进行实时监测。

 

  WPA分析仪利用光纤传导将来自光谱仪的NIR光传送至监测点。该配置可将分析仪主机安装在任何一般环境中,可与有害物质和环境相隔离,因此大大降低了湿法环境因素干扰。

 

  采用NIR技术的检测限主要取决于欲监测的化学组份的光谱性能。在液体状态下,可检测物质的浓度可低达100ppm (0.01%),这取决于化学组份构成。

 

  系统说明 

  1 系统配置

  WPA分析仪将FTIR光谱仪与特氟龙ClippIR 相结合可实现非介入式的监测功能。光谱仪包括一个多探头模块,该模块可产生光波,足以同时照亮八路不同的监测点。通过光缆,每个监测点皆可在百米之外与分析仪相连。与机械多路切换仪器相比,该设计具有极高的重复性优点。图2说明了一种系统配置,包括有五个探头和三个预留空位。


  2 取样方法

  ClippIR  专利技术 (见图 3) 可通过现有的特氟龙管道实现在线、实时监测。安装方便快捷,且不需要管道跨接合重新建造或安装冷却设备。每ClippIR  仅可钳至当前特氟龙管道的外表。来自光谱仪的NIR光可通过特氟龙管道传输,然后返回至光谱仪的八个检测器的其中一个检测器上。
 

  若不考虑每种流路组份数量,每个流路(一个ClippIR 监测一种溶液)的测量时间为51秒(相当于扫描精度为16 cm-1 的128个扫描谱图)


  3 安装

  ClippIR 可安装在直径为1⁄2 — 3⁄4 英寸的特氟龙管道上。安装位置管体应无气泡,以确保分析效能。当温差控制在�5�C时,其测量精度最佳。该ClippIR 亦可测量200�C溶液。

 

  过程控制软件

  ABB WPA分析仪具有FTSW 100 过程控制软件,专为过程监测与控制而设计。该软件具有较高的灵活性,可对清洗、蚀刻、剥离溶液中的每种化学组份浓度进行实时监测。如图4所示,化学组份浓度及变化趋势皆可实时显示。


 

 

 

图4 FTSW100 测量面板 六种液流监测: 两种 SC1 , 两种 SC2,和两种 DHF

 

  该分析仪可与DCSPLC相连,实现过程自动化。控制系统的输入/输出(I/O)数据交换完全支持如下通讯协议:

n OPC 以太网连接
n ModBus 串口 (RS232-RS485)
n CanOpen 离散型 I/O 模块(4-20mA)

 

图2 系统配置

图3. ClippIR


  实例分析结果
  本实例所述清洗机台配备有多功能自动操作系统,可向盒体自动加载硅片,然后再从化学溶液池中移出。
该机台为一个50-晶片,其模块化配置(化学步骤、浓度、温度)汇总如下:

 

  1. SPM/QDR
  2. BOE/OFR (不用于 RCA 流程)
  3. DHF/OFR
  4. SC1/QDR
  5. SC2/QDR
  6. IPA (该应用说明中未加考虑)

 

  其中: SPM: H2SO4/H2O2/O3 温度为120�C, QDR- 倾倒清洗, BOE: NH4F/HF – 不使用, OFR – 溢流清洗, DHF - 100:1 = HF: H2O温度 22�C, SC1 - 5:1:1 = H2O: NH4OH: H2O2 温度50�C, SC2 - 5:1:1 = H2O:HCl: H2O2 温度 50�C, IPA- 异丙醇.

 

  所有清洗皆应预设时间(OFR)或倾倒/补充时间周期(QDR)。所有化学清洗液须定期更换,洗液配方在该应用说明称为DU_RCA_NINE,其为一种典型的浓缩型化学清洗配方,可完成40 �蚀刻。清洗槽倾倒频率为24小时(SPM, BOE 和 DHF),SC1 和SC2为12小时。

 

  化学用品及年度总成本见表2(以100%满负荷计)。

 

  化学计算过程均依据百分之百工时计,无闲置期,即每日近96次。表1说明了每加伦的化学用品价格。

 

  表1 化学用品价格

表1 化学用品成本


  化学用品及年度总成本见表2(以100%满负荷计)。

 

  表2 化学用品计算(100% 工时,满负荷 – 无闲置期: 96次/日)

 


  年度化学用品支出 = $ 267,629

  

  1 资料来源: 《半导体杂志》2000

 

更多内容请访问 ABB(中国)有限公司自动化产品部--仪器仪表部(http://c.gongkong.com/?cid=2307)

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