Online-Überwachung von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) im Entwickler

Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) ist eine quartäre Ammoniumverbindung, die hauptsächlich bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen (IC), Leiterplatten (PCB) und Flachbildschirmen (LCD) verwendet wird. Die Fotolithographie ist das am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung dieser Geräte. 

In der Halbleiterproduktion ist die Verwendung von extrem reinen Chemikalien von größter Bedeutung. Das Vorliegen von Unreinheiten (selbst in sehr kleinen Mengen) kann große Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften des Materials haben.

Die Entwicklerphase ist ein kritischer Schritt, und ein Prozessanalysator von Metrohm Process Analytics kann die TMAH-Konzentration in der Entwicklerlösung überwachen und stabil halten und dabei das saubere Strippen des Fotolacks gewährleisten. In dieser Process Application Note wird ein für die Titration konfigurierter Prozessanalysator beschrieben, der mit Hilfe einer kombinierten pH-Elektrode eine genaue Analyse des Tetramethylammoniumhydroxids (TMAH) durchführt. Die genaue Dosierung von TMAH in der Entwicklungslösung ist eine weitere Möglichkeit zur Gewährleistung einer stabilen Konzentration für jede Charge. 

Für die Herstellung von Halbleitern ist es von größter Bedeutung, Chemikalien mit extrem hoher Reinheit zu verwenden. Das Vorhandensein von Verunreinigungen (selbst in Spurenkonzentrationen) kann die elektrischen Eigenschaften des Materials erheblich beeinträchtigen. Das Gleiche gilt für die Konzentrationen der während des Produktionsprozesses verwendeten Chemikalien. Beim Back-End-of-Line-Verfahren (BEOL) werden bei der Fotolithografie mit Hilfe von Licht dünne Filmmuster von einer Fotomaske (einer lichtundurchlässigen Platte mit Lichtöffnungen) im Mikrometerbereich (oder kleiner) mit einer lichtempfindlichen Fotolackchemikalie gedruckt, die dünn auf den Siliziumwafer aufgetragen wird. 
 
Nach einer gewissen Belichtungszeit wird die Leiterplatte entwickelt und der Fotolack zur Vorbereitung der nächsten Schritte gestrippt (Abbildung 1). Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH, N(CH₃)₄OH) ist ein alkalischer Bestandteil des Fotolackentwicklers, der in vielen Anwendungen in einer Konzentration zwischen 2,38 und 2,62 % liegt (Abbildung 2). TMAH ist sehr effektiv beim Strippen des sauren Fotolacks, da es sich im Entwickler löst. Fotolackentwickler auf der Grundlage von TMAH haben viele herkömmliche Entwickler (wie KOH und NaOH) abgelöst, da die Prozesse zunehmend metallionenfrei ablaufen müssen.

Eine konzentrierte Lösung von TMAH (25%) wird im zentralen Zuführungssystem (CCSS) für die Chemikalien gelöst, und die entsprechende Menge wird der Produktlinie zugegeben. Der benutzte TMAH-Entwickler mit den Resten des Fotolacks wird zurückgeführt, und es wird zur Anpassung der Konzentration TMAH zugegeben. Hat die Menge an Restmittel eine bestimmte Konzentration erreicht, werden die Abfallstoffe abgeführt. Zur Reduzierung des TMAH im Abfallstrom kann eine Reinigungseinheit eingesetzt werden.

Die Entwicklung ist ein kritischer Schritt, und der 2035 Process Analyzer - Potentiometric von Metrohm Process Analytics (Abbildung 3) kann die TMAH-Konzentration in der Entwicklerlösung überwachen und sogar stabilisieren, so dass eine ordnungsgemässe Ablösung des Fotolacks gewährleistet ist und gleichzeitig die Exposition des Personals gegenüber hochtoxischem TMAH minimiert wird. Eine kontinuierliche Online-Analyse ist außerdem wichtig für die Chargenfreigabe von Mischungen/Verdünnungen chemischer Substanzen mit gelöstem TMAH.

Für die Halbleiterindustrie stehen weitere Anwendungen zur Verfügung, darunter:

• Kupfer, Schwefelsäure und Chlorid in sauren Kupferbädern
• Wasserstoffperoxid in CMP-Aufschlämmung
• Säuregehalt in gemischten Säureätzmitteln
• Flusssäure, Ammoniumhydroxid und Salzsäure in Standard-Reinigungsbädern

• Höhere Erträge bei gedruckten Schaltungen mit qualifizierten TMAH-Zusammensetzungen
• Erhöhter Produktdurchsatz mit weniger Waferdefekten
• Höhere Mischintegrität und Reinheit im CCSS
• Verbesserte Reproduzierbarkeit, Produktionsraten und Rentabilität (weniger Abfall)