Monitoreo en línea de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno mediante espectroscopia Raman

En la industria de los semiconductores, se utilizan dos tipos de procesos de grabado: grabado húmedo y seco. El grabado en seco utiliza gases reactivos (p. ej., plasma) para eliminar las partes no deseadas del material semiconductor. El grabado húmedo es un proceso que implica la eliminación selectiva de material de un sustrato mediante el uso de soluciones químicas. Estos procesos se utilizan ampliamente en diversas industrias, incluidas la electrónica, los semiconductores y la metalurgia.

Los procesos de grabado húmedo y seco se utilizan según los requisitos únicos del dispositivo que se fabrica. Sin embargo, en los procesos de fabricación de semiconductores, el grabado en húmedo se ha utilizado más comúnmente que el grabado en seco, particularmente para la eliminación de grandes cantidades de material de obleas y la facilidad de manejo.1].

Según el material o la capa que se vaya a grabar y el resultado deseado, se pueden utilizar varios tipos de baños químicos para el grabado húmedo de semiconductores. La mezcla de peróxido de ácido sulfúrico, también conocida como solución de piraña (SPM), y la mezcla de peróxido de ácido sulfúrico diluido (DSP) se utilizan normalmente para producir obleas de silicio [2].

El grabado húmedo exitoso requiere un control preciso de la concentración del reactivo en la solución del baño. La determinación de la concentración de ácido en baños de grabado con ácido mixto es un paso crítico de control de calidad que puede afectar el resultado del proceso de grabado.

Tanto SPM como DSP son soluciones potencialmente tóxicas que deben manejarse con extrema precaución. Cuando se trabaja con estos productos químicos, se debe usar equipo de protección personal (PPE) y todos los materiales de desecho se deben desechar de acuerdo con las regulaciones locales. Esto exige un análisis en línea para reducir exposición de los empleados tanto como sea posible y evitar accidentes.

Aparte de los peligros ya mencionados, el muestreo manual de baños de ácido mixto no es deseable debido a las limitaciones de tiempo, posibles imprecisiones e interrupciones en la producción. El muestreo manual puede dar como resultado profundidades y ubicaciones de muestreo inconsistentes, lo que podría proporcionar datos inexactos sobre la condición real del baño. Para controlar el proceso en tiempo real, reducir las interrupciones operativas, mejorar la seguridad y obtener datos más precisos y representativos, se necesita una mejor solución.

Una forma más segura, más eficiente y más rápida de monitorear múltiples parámetros simultáneamente en baños de ácido mixto es a través del análisis en línea sin reactivos con espectroscopia Raman. El analizador PTRam de Metrohm Process Analytics (Figura 1) es una solución ideal para este tipo de situación desafiante. Este analizador Raman permite la comparación de datos espectrales «en tiempo real» del proceso con un método de referencia (p. ej., titulación, cromatografía iónica) para crear un modelo de calibración simple pero indispensable para todos los componentes del baño de grabado.

Hay un espacio mínimo disponible para instalar un sistema de análisis dentro del área del banco húmedo (Figura 2a). Por lo tanto, el PTRam Analyzer es la solución ideal para espacios reducidos debido a sus reducidas dimensiones. Gracias al software IMPACT incorporado y la variedad de protocolos de comunicación industrial, los resultados se pueden transmitir en el mismo formato a cualquier sistema de control distribuido (DCS), un controlador lógico programable (PLC) o un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) para otras acciones (por ejemplo, para ajustar la dosificación de productos químicos).

El uso de espectroscopía Raman, específicamente el analizador PTRam de Metrohm Process Analytics, presenta un método confiable y eficiente para monitorear en línea el contenido de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno en soluciones de grabado como SPM y DSP. Esta técnica de análisis en línea permite la medición en tiempo real de múltiples parámetros simultáneamente, proporcionando un control preciso sobre las concentraciones de reactivos en los baños de ácido mixto. Con la capacidad de comparar datos espectrales con métodos de referencia, la espectroscopia Raman puede ser parte de un entorno de producción más seguro al eliminar la exposición del operador a reactivos químicos peligrosos. Además, el uso de espectroscopía Raman para monitorear la composición del baño de grabado mejora la eficiencia de limpieza de obleas y aumenta el rendimiento del producto, la reproducibilidad, las tasas de producción y la rentabilidad general al minimizar el desperdicio y garantizar procesos de grabado óptimos.

8.000.5421 Analizador PTRam: controle y optimice su proceso con los analizadores Raman de proceso de Metrohm

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