КОНТРОЛЬ ЧИСТОТЫ РЕАГЕНТОВ БЕЗОТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР МЕТОДОМ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 504.3.054, 504.3.064

Контроль чистоты реагентов безотходных технологий очистки поверхности полупроводниковых структур методом инверсионной вольтамперометрии

С.Ю.Хаханин НПК «Технологический центр» МИЭТ

Развитие современных безотходных технохимических процессов очистки поверхности полупроводниковых структур при производстве изделий электронной техники (ИЭТ) позволило качественно изменить область применения инверсионно-вольтамперометрических (ИВ) методов анализа. ИВ методы позволяют осуществлять:

- входной контроль реагентов (анализ состава и концентраций компонентов технологических реагентов);

- автоматизированные экспресс-измерения (непрерывный контроль химического состава и концентраций компонентов в рабочих растворах в реальном масштабе времени в течение технологических процессов жидкостной химической очистки (ЖХО) и регенерирования отработанных растворов);

- аттестацию и выбор оптимальных режимов процесса рекуперации;

- автоматизацию контроля и управления технологическими процессами, проведение которых связано с изменением состава растворов реагентов, путем формирования управляющих сигналов для исполнительных механизмов технологического устройства при отклонении величин концентраций контролируемых компонентов технологической среды от заданных значений.

Увеличение степени интеграции ИЭТ повышает требования к качеству используемых реактивов, в том числе и к реагентам безотходных технологий очистки поверхности полупроводниковых структур. Увеличивается количество параметров, которые необходимо контролировать в процессе очистки поверхности [1], в том числе количество контролируемых неорганических примесей. Качество реагентов безотходных технологий очистки поверхности необходимо контролировать после прохождения рабочим раствором блока электрохимического синтеза, очистки и регенерации растворов до поступления раствора в рабочую ванну. Если качество полученного электрохимически синтезированного раствора серной кислоты удовлетворяет требования по чистоте, то раствор поступает в рабочую ванну. При повышенном содержании неорганических примесей раствор поступает на дополнительный цикл очистки и регенерации.

Для автоматизированного высокочувствительного экспрессного анализа реагентов рекуперации на содержание неорганических примесей используется многоканальный вольтамперо-метрический анализатор (МВА-РК). Анализатор является специализированным измерительно-вычислительным устройством на базе однокристального процессора высокой степени интеграции и заказных БИС.

В анализаторе МВА-РК реализованы 7 базовых способов поляризации рабочего электрода, наиболее полно отвечающих нуждам анализа следовых количеств [2] примесей в реагентах безотходных технологий очистки поверхности, в их числе: постоянно-токовая инверсионная вольтамперометрия; дифференциально-импульсная инверсионная вольтамперометрия; квадратно-волновая инверсионная вольтамперометрия.

Процесс электроосаждения (электролиз) на индикаторном электроде проходит при заданном отрицательном потенциале электролиза, равном -2,3 В [3, 4], в течение заданного времени электролиза согласно общей схеме инверсионно-вольтамперометрического анализа реагентов безотходных технологий очистки поверхности. Массовые концентрации элементов в пробе определяются по методу добавок аттестованных смесей элементов-примесей [5]. Полученные вольтамперограммы представлены на рисунке.

© С.Ю.Хаханин, 2010

Краткие сообщения

МВА-РК имеет большой динамический диапазон измерения концентраций неорганических примесей, обеспечивает измерение концентраций компонентов от 0,05 до 100 ppb.

Контроль концентраций неорганических примесей может осуществляться дистанционно и автоматически в запрограммированной последовательности.

На выходе МВА-РК последовательно формируются электрические сигналы заданной формы, соответствующие измеренным значениям контролируемых параметров, и в удобных для пользователя единицах измерения передаются на средства индикации и в автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) репроцессорных комплексов. Время между началом измерений по каждому компоненту примесного состава и подачей информационного или управляющего сигнала от 0,1 до 2 с зависит от количества контролируемых компонентов, их концентраций и заданной точности измерений.

Примером высокой эффективности применения анализатора МВА-РК является его использование при разработке технохимического процесса ЖХО на базе репроцессорного комплекса РК-II. Проводился операционный контроль компонентов растворов состава (*актН2SO4 +Сеокисл), получающихся при электрохимическом синтезе растворов концентрированной серной кислоты [6]. Это позволило реализовать несколько способов синтеза растворов ЖХО, аттестовать и оптимизировать безотходные технохимические процессы очистки поверхности полупроводниковых структур. В результате выбран такой способ ЖХО, который имеет при высоком выходе годных кристаллов наименьшие энергозатраты, наибольшую экономию реагентов и реализуется в автоматическом режиме за счет полной рекуперации реагентов с коэффициентом безот-ходности от 0,95 до 0,98.

Литература

1. Хаханин С.Ю. Разработка методов и средств контроля параметров рекуперации реагентов в безотходных технохимических процессах планарного микроэлектронного производства: дис. ... степ. канд. техн. наук. - М., 2000. - 225 с.

2. Золотое Ю.А. Исследования в области аналитической химии веществ высокой чистоты. - В кн.: Успехи аналитической химии. - М.: Наука, 1996. - С. 3-28.

3. Ф. Миомандр, С. Садки, П. Одебер, Р. Меалле-Рено. Электрохимия. - М.: Техносфера, 2008. - 360 с.

4. БондА.М. Полярографические методы в аналитической химии. - М.: Химия, 1983. - 328 с.

5. DavidK., Gosser, Jr. Cyclic voltammetry: simulation and analysis of reaction mechanisms. - N.Y., 1994. - 155 p.

6. Ковалев А.А. Новые технохимические процессы и оборудование жидкостного химического снятия слоев полимеров в планарном микроэлектронном производстве: дис. ... степ. канд. техн. наук. - М., 2000. - 170 с.

Поступило 29 октября 2010 г.

Хаханин Сергей Юрьевич - кандидат технических наук, заместитель начальника лаборатории НПК «Технологический центр» МИЭТ. Область научных интересов: методы и средства контроля материалов, микроэлектроника и микроэлектромеханические системы, безотходные технологии, очистка поверхности материалов. E-mail: S.Khakhanin@tcen.ru

I, мкА

Рис.1. Вольтамперограммы лития, натрия, цинка, кадмия, свинца и меди. Объект измерения: электрохимически синтезированный раствор состава (*акIН2SO4 +СЕокисл). Условия измерения: фон: -0,02 М раствор (С4H9)4NCЮ4 в ДМФА; потенциал электролиза -2,3 В; время электролиза 120 с