ABB WPA分析儀在半導(dǎo)體濕法過程監(jiān)測的應(yīng)用_電機_opc

ABB WPA分析儀在半導(dǎo)體濕法過程監(jiān)測的應(yīng)用

2014/6/27 14:55:00

　　清洗液: SC1, SC2, DHF, BOE, SPM　　

　　高品質(zhì)、高產(chǎn)出、低成本是半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)所追尋的終極目標。生產(chǎn)流程的嚴格控測是實現(xiàn)該目標的必要條件，清洗生產(chǎn)流程中化學(xué)組份濃度監(jiān)測是該目標實現(xiàn)的根本。

　　傅立葉變換紅外（FTIR）光譜儀是清洗生產(chǎn)流程監(jiān)測的理想分析技術(shù)，并已得到廣泛應(yīng)用。在清洗化學(xué)領(lǐng)域，該技術(shù)能提供快速、準確的、很高的重復(fù)性。

　　在FTIR技術(shù)方領(lǐng)域，ABB一直是全球的領(lǐng)先者。在過去的三十多年里，ABB一直致力于FTIR分析儀的研究與開發(fā)其所研發(fā)的清洗流程分析儀（WPA）是一項基于FTIR技術(shù)的方案，能夠滿足半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)的嚴格要求。

　　WPA是一種專為清洗流程在線、實時監(jiān)控而設(shè)計的分析設(shè)備。該設(shè)備可對半導(dǎo)體生產(chǎn)流程的清洗、蝕刻、去光膠液過程中所采用的各種要求極為嚴格的溶液濃度進行監(jiān)測，同時，一臺WPA分析儀可監(jiān)測多達八種不同的流路。

　　本文對采用SC1, SC2, DHF, BOE 和 SPM化學(xué)組份的清洗流程優(yōu)化問題進行重點探討。通過案例分析對WPA應(yīng)用進行說明。

　　分析技術(shù)

　　電磁光譜的近紅外（NIR）部分介于中外紅（MIR）與可見光（VIS）之間。氫原子的基頻與合頻組合作用是該光譜區(qū)形成的主要機理。

　　ABB WPA分析儀利用FT-NIR光譜儀的優(yōu)勢，并結(jié)合非介入型的Te?on ClippIR 專利技術(shù)對溶液進行實時監(jiān)測。

　　WPA分析儀利用光纖傳導(dǎo)將來自光譜儀的NIR光傳送至監(jiān)測點。該配置可將分析儀主機安裝在任何一般環(huán)境中，可與有害物質(zhì)和環(huán)境相隔離，因此大大降低了濕法環(huán)境因素干擾。

　　采用NIR技術(shù)的檢測限主要取決于欲監(jiān)測的化學(xué)組份的光譜性能。在液體狀態(tài)下，可檢測物質(zhì)的濃度可低達100ppm (0.01%)，這取決于化學(xué)組份構(gòu)成。

　　系統(tǒng)說明　

　　1 系統(tǒng)配置

　　WPA分析儀將FTIR光譜儀與特氟龍ClippIR 相結(jié)合可實現(xiàn)非介入式的監(jiān)測功能。光譜儀包括一個多探頭模塊，該模塊可產(chǎn)生光波，足以同時照亮八路不同的監(jiān)測點。通過光纜，每個監(jiān)測點皆可在百米之外與分析儀相連。與機械多路切換儀器相比，該設(shè)計具有極高的重復(fù)性優(yōu)點。圖2說明了一種系統(tǒng)配置，包括有五個探頭和三個預(yù)留空位。

　　2 取樣方法

　　ClippIR 專利技術(shù) (見圖 3) 可通過現(xiàn)有的特氟龍管道實現(xiàn)在線、實時監(jiān)測。安裝方便快捷，且不需要管道跨接合重新建造或安裝冷卻設(shè)備。每ClippIR 僅可鉗至當前特氟龍管道的外表。來自光譜儀的NIR光可通過特氟龍管道傳輸，然后返回至光譜儀的八個檢測器的其中一個檢測器上。　

　　若不考慮每種流路組份數(shù)量，每個流路（一個ClippIR 監(jiān)測一種溶液）的測量時間為51秒（相當于掃描精度為16 cm-1 的128個掃描譜圖）

　　3 安裝

　　ClippIR 可安裝在直徑為1?2 — 3?4 英寸的特氟龍管道上。安裝位置管體應(yīng)無氣泡，以確保分析效能。當溫差控制在?5?C時，其測量精度最佳。該ClippIR 亦可測量200?C溶液。

　　過程控制軟件

　　ABB WPA分析儀具有FTSW 100 過程控制軟件，專為過程監(jiān)測與控制而設(shè)計。該軟件具有較高的靈活性，可對清洗、蝕刻、剝離溶液中的每種化學(xué)組份濃度進行實時監(jiān)測。如圖4所示，化學(xué)組份濃度及變化趨勢皆可實時顯示。

圖4 FTSW100 測量面板六種液流監(jiān)測: 兩種 SC1 , 兩種 SC2，和兩種 DHF

　　該分析儀可與DCS或PLC相連，實現(xiàn)過程自動化?？刂葡到y(tǒng)的輸入/輸出（I/O）數(shù)據(jù)交換完全支持如下通訊協(xié)議：

n OPC 以太網(wǎng)連接 n ModBus 串口 (RS232-RS485) n CanOpen 離散型 I/O 模塊(4-20mA)

圖2 系統(tǒng)配置

圖3. ClippIR

　　實例分析結(jié)果 　　本實例所述清洗機臺配備有多功能自動操作系統(tǒng)，可向盒體自動加載硅片，然后再從化學(xué)溶液池中移出。該機臺為一個50-晶片，其模塊化配置（化學(xué)步驟、濃度、溫度）匯總?cè)缦拢?/span>

　　1. SPM/QDR 　　2. BOE/OFR (不用于 RCA 流程) 　　3. DHF/OFR 　　4. SC1/QDR 　　5. SC2/QDR 　　6. IPA (該應(yīng)用說明中未加考慮)

　　其中: SPM: H2SO4/H2O2/O3 溫度為120?C, QDR- 傾倒清洗, BOE: NH4F/HF – 不使用, OFR – 溢流清洗, DHF - 100:1 = HF: H2O溫度 22?C, SC1 - 5:1:1 = H2O: NH4OH: H2O2 溫度50?C, SC2 - 5:1:1 = H2O:HCl: H2O2 溫度 50?C, IPA- 異丙醇.

　　所有清洗皆應(yīng)預(yù)設(shè)時間（OFR）或傾倒/補充時間周期（QDR）。所有化學(xué)清洗液須定期更換，洗液配方在該應(yīng)用說明稱為DU_RCA_NINE，其為一種典型的濃縮型化學(xué)清洗配方，可完成40 ?蝕刻。清洗槽傾倒頻率為24小時（SPM, BOE 和 DHF），SC1 和SC2為12小時。

　　化學(xué)用品及年度總成本見表2（以100%滿負荷計）。

　　化學(xué)計算過程均依據(jù)百分之百工時計，無閑置期，即每日近96次。表1說明了每加倫的化學(xué)用品價格。

　　表1 化學(xué)用品價格