Разработка методов и средств контроля параметров рекуперации реагентов в безотходных технохимических процессах планарного микроэлектронного производства Хаханин, Сергей Юрьевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. В настоящее время в электронной промышленности прослелпвается устойчивая тенденция к возрастанию требований к уровню энерго- ресурсосбережения и экологической безопасности технологических процессов производства ИЭТ, их эксплуатационным характеристикам. Удовлегворенпе этих требований становится возможным благодаря изучению и применению новых методов и приемов, развитию и совершенствованию технологических процессов, в том числе жидкостных технохимических процессов обработки - очистки (ЖХО), снятия слоев полимеров (ЖХС), травления (ЖХТ) - поверхности полупроводниковых пластин, разработке и внедрению нового производственного оборудования, использованию современных достижений науки и техники.

Известно, что значительную часть трудоемкости операций, применяемых в технологии изготовления полупроводниковых приборов, больших (БИС) и сверхбольших интегральных микросхем (СБИС) занимают именно вышеперечисленные жидкостные технохимическне процессы, требующие большого расхода дорогостоящих (марки ОСЧ) реактивов, затрат на их приготовление, транспортировку и утилизацию. Несмотря на широкое использование различных методов химической обработки поверхности полупроводниковых пластин в серийном производстве ИЭТ, ряд важных вопросов, связанных с контролем чистоты реактивов, их регенерацией для повторного использования и, тем более, контролем процессов рекуперации, оставался недостаточно изученным. Это было во многом обусловлено тем, что предприятия отрасли не располагают современными высокочувствительными средствами контроля чистоты реагентов.

В связи с этим, весьма актуальными и целесообрлитыми являются исследования, направленные на разработку и создание аналитическою оборудования, обеспечивающего как экспрессный контроль систем регенерирования отработанных растворов, так и ихоъюй

высокочувствительный контроль реагентов, используемых в пленарном микроэлектрониом производстве НЭТ.

Новые требования к анализу, обусловленные малыми количествами определяемых загрязняющих примесей (на уровне 1-Ю ppb) и сложными анализируемыми системами - электрохимически синтезированными растворами - привели к развитию специализированной аппаратуры, новой методологии и, в связи с этим, к выделению отдельной области - контролю параметров рекуперации реагентов в безотходных технологиях обработки поверхности. Эти задачи и являются предметом исследования данной работы.

Цель работы - разработка методов и средств контроля параметров рекуперации реагентов в безотходных техиохимнческих процессах планарного микроэлектронного производства.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие

залами исследований:

1. Дать математическое описание коэффициента безотходности применительно к жидкостным технохимическим процессам обработки поверхности полупроводниковых структур с целью разработки более общего способа его расчета для планарного микроэлектронного производства ' .

2. Проанализировать методы и средства определения неорганических загрязнений высокочнетых веществ в плане поиска универсального метода контроля параметров рекуперации реагентов по неорганическим загрязнениям.

3. Рассчитать кинетические параметры электродного процесса, оптимизированного для целей инверсионно-вольтамперометрического (ИВ) контроля неорганических загрязнений в реагентах рекуперации.

4. Разработать требования и критерии создания портативного варианта ИВ-аиализатора дія высокочувствительного оперативного контроля процессов рекуперации безотходных технологий . ЖХО и ЖХС планарного мнкроэлектроиного производства --.;..''-

5. Разработать требования и критерии создания методического и приборного обеспечения системы контроля параметров рекуперации по органическим загрязнениям.

6. Провести экспериментальные исследования и оценку эксплуатационных возможностей разработанных методов к средств контроля на предмет их пригодности для функционирования спецтехполопіческого оборудования -Репроцессорных комплексов (PK-I II РК-И).

7. Провести опытно-промышленное внедрение разработанных методов и средств в аналитическую практику предприятии электронной промышленности Российского агентства по системам управления.

Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании, экспериментальном обеспечении и разработке принципов контроля параметров рекуперации реагентов в безотходных технохнмнческнх процессах плапариого микроэлектронного производства.

В диссертационной работе впервые исследованы и решены следующие научно-технические задачи:

1. На основе математической модели предложен более общий метод расчета коэффициента безотходности технохимических процессов обработки поверхности полупроводниковых структур планарното мнкроэлектропного производства ПЭТ.

2. На основе математической модели предложен метод расчета кинетических параметров и улучшены метрологические характеристики ИВ-определсния неорганических загрязнений в реагентах рекуперации.

3. Разработан портативный вариант ИВ-аналнзатора для вмеокочупегшпельното оперативного контроля процессов рекуперации безотходных технологии ЖХО и ЖХС плапариого мнкроэлектропного производства.

4. Разработано методическое и приборное обеспечение средств копі роля параметров рекуперации по органическим загрязнениям.

6 Практическая ценность работы состоит в том, что разработанное оборудование и его методическое обеспечение позволяют осуществлять оперативный контроль компонентного и примесного состава реагентов рекуперации безотходных технохимическнх процессов пленарного мнкроэлсктроиного производства ПЭТ.

5. Проведена государственная аттестация разработанного оборудования для оперативного контроля примесного состава реагентов рекуперации.

6. Проведено опытно-промышленное внедрение разработанных методов и средств в аналитическую практику предприятий электронной промышленности Российского агентства по системам управления.

7. Проведено опытно-промышленное внедрение разработанной системы контроля процессов рекуперации на базе спецтехнологического оборудования - Репроцессорных комплексов (PK-I и РК-Н), встроенных в действующую производственную линию ИЭТ.

8. Эффективность разработанных методов контроля и аналитического оборудования достаточно убедительно подтверждена результатами промышленных испытаний на ведущих предприятиях РАСУ безотходных технохимическнх процессов (ЖХО и ЖХС) и спецтехнологического оборудования - Репроцессорных комплексов РК-Ї и РК-Н.

Практическая значимость работы подтверждена актами о внедрении и использовании результатов диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие основные положения:

9. Метод расчета коэффициента безотходностн технохимическнх процессов обработки поверхности полупроводниковых структур пленарного мнкроэлсктроиного производства ИЭТ.

10. Метод расчета кинетических параметров, улучшающий метрологические характеристики. ПВ-опрсделсния неорганических загрязнений в реагентах рекулсрацин

3. Портативный вариант ИВ-аналнзатора для высокочувствительного оперативного контроля процессов рекуперации безотходных технологий ЖХО и ЖХС планарного мнкроэлектронного производства.

4. Методическое и приборное обеспечение средств контроля параметров рекуперации по органическим загрязнениям.

5. Результаты опытно-промышленного внедрения разработанных методов и средств контроля параметров рекуперации реагентов в составе Репроцессорных комплексов (PK-I и РК-И) в планарное мнкроэлектронное производство ИЭТ на одном из предприятий РАСУ.

Апробация работы. Тема работы является составной частью фундаментальных и прикладных исследований в области новых процессов и оборудования, предусмотренных: Президентской Целевой Программой «Развитое электронной техники в России (1994-2000)»; Федеральными Целевыми Программами: «Реструктуризация и конверсия оборонной промышленности на 1998-2000 гг.» и «Развитие льняного комплекса в Российской Федерации на 1996-2000 гг.»; распоряжениями Департамента радиоэлектроники и приборостроения Министерства экономики РФ и РАСУ.

По теме диссертации выполнялись НИОКР:

1. «Разработка нових окачогччсски безопасных энерго- ресурсосберегающих технахпмических процессов в пмііарнам производстве микрспчсктроникн. Автаиаппаация техпроцессов, внедрение, стандартизация, лицензирование». Шифр НИОКР «Лотос-3» Российский Фонд технологического развития Миннауки РФ. (Договоре 153-747-1/7-4 от06.02.97 г.).

2. «Разработка и освоение производства новых отечественных матершиоп масса «stripping» для таиарного микроэлсктротнио производства HDT. Патентование, лицензирование, стандартизация, -сертификация в соответствии с международными стандартами». Президентская Целевая Программа «Реструктуризация и конверсия оборонной промышленности на

1998-2000 гг». Шифр НИОКР «Экоресурс-1». Приказ Департамента

к радиоэлектроники и приборостроения № 21 от 27.10.^7 г.

3. «Разработка, внедрение,' госаінпіестаїрія .методов и средств высокочувствительного экспресс-анализа и выпуск установочной партии многоканальных валыпампераметрических анализаторов материалов микроэлектроники, объектов окружающей среды и товаров народного потребления» Шифр «Лотос-MBA» Российский Фонд технологического развития Миннауки РФ. (Договор № 257/97 - 4 от 01.06.98 г.).

4. «Разработка НТД на методы и средства коитратя экаюгической безопасности нового отраслевого стандарта: «Сырье и продукция легка'/ и текашаыюи промышленности ИВ методы определения токсичных.мапахюв и фориачъдегида» Шифр «Экоконтроль-1» ЦНИИ ЛКЛ РФ. (Договор № 9-Ю от 05.01.99 г.).

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях: на выставке-конгрессе: «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (Санкт-Петербург, нюнь 1997 г.); на Международной научно-технической конференции: «Научно-технические основы высоких технологий» (Новосибирск, октябрь 1997); на Международном конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции.» (Санкт-Петербург, 1998 г); на 10-ой научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управлення», Гурзуф, 1998 г; на 11-ой научно-техническая конференции «Датчики н преобразователи информации систем измерения,. контроля и управления», Гурзуф, 1999 г; на Всероссийской научно-техническая конференция «Микро- и , наноэлектроннка-98», Звенигород, 1999 г., Международном конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции.» (Санкт-Петербург, 1999 г);. Международной выставке «SEM1» (Зеленоград, 1999 г.), Международном конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции.» (Санкт-Петербург, 2000 г).

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 16 работах, включая 2 статьи, 9 тезисов докладов на научно-технических

конференциях, 1 патентная заявка Р<Т> н 1 свидетельство РФ па полезную модель, 3 отчета по НИОКР.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, обсуждения результатов, выводов, списка использованной литературы и приложении. Работа содержит 224 страниц машинописного текста, включая 5 таблиц, 52 рисунка и список литературы из 160 наименований.