Quality control of semiconductor acid baths as per ASTM E1655 – Time- and cost-efficient with NIRS
Technické články | 2021 | MetrohmInstrumentace
Řízení kvality kyselých lázní je klíčové pro zajištění reprodukovatelného procesu leptání v polovodičovém průmyslu a výrobě tištěných obvodů. Přesné měření koncentrace kyselin umožňuje udržet specifikované vzory na plátcích a zvýšit efektivitu výroby při současné minimalizaci rizika výrobních defektů.
White Paper popisuje využití blízkovlnné infračervené spektroskopie (NIR) pro analýzu kyselých lázní obsahujících H₂SO₄, HNO₃ a HF podle normy ASTM E1655. Studie porovnává časovou náročnost a náklady metody NIR se standardní termometrickou titrací.
Analytická metoda je založena na NIR spektroskopii v transmisním režimu s jednorázovými vialami bez nutnosti čištění. Pro měření byl použit přístroj Metrohm NIRS DS2500 Liquid Analyzer (Metrohm NIRS Analyzer). Kalibrace probíhá dle ASTM E1655, kde se vytváří predikční model z minimálně 20 vzorků s referenčními hodnotami získanými termometrickou titrací. Referenční titrace zahrnuje stanovení titerů Al(NO₃)₃, BaCl₂ a NaOH a výpočet metody blank a standardizaci.
NIR spektroskopie dosahuje výsledků do jedné minuty, zatímco termometrická titrace vyžádá 12–42 minut v závislosti na přípravě standardizace a blanků. Roční náklady na spotřební materiál u NIR činí přibližně 2 250 USD oproti 8 895 USD u titrace, což představuje úsporu asi 6 645 USD ročně a cca 66 000 USD za desetiletí. Predikční model vykazuje vysokou korelaci (R > 0,9) a podobné hodnoty SEC a SEP.
Near-infrared spektroskopie představuje efektivní náhradní metodu ke klasické termometrické titraci pro kontrolu kvality kyselých lázní. Metoda šetří čas i náklady, splňuje požadavky ASTM E1655 a nabízí snadnou implementaci do rutinního provozu.
NIR Spektroskopie
ZaměřeníPolovodiče
VýrobceMetrohm
Souhrn
Význam tématu
Řízení kvality kyselých lázní je klíčové pro zajištění reprodukovatelného procesu leptání v polovodičovém průmyslu a výrobě tištěných obvodů. Přesné měření koncentrace kyselin umožňuje udržet specifikované vzory na plátcích a zvýšit efektivitu výroby při současné minimalizaci rizika výrobních defektů.
Cíle a přehled studie / článku
White Paper popisuje využití blízkovlnné infračervené spektroskopie (NIR) pro analýzu kyselých lázní obsahujících H₂SO₄, HNO₃ a HF podle normy ASTM E1655. Studie porovnává časovou náročnost a náklady metody NIR se standardní termometrickou titrací.
Použitá metodika a instrumentace
Analytická metoda je založena na NIR spektroskopii v transmisním režimu s jednorázovými vialami bez nutnosti čištění. Pro měření byl použit přístroj Metrohm NIRS DS2500 Liquid Analyzer (Metrohm NIRS Analyzer). Kalibrace probíhá dle ASTM E1655, kde se vytváří predikční model z minimálně 20 vzorků s referenčními hodnotami získanými termometrickou titrací. Referenční titrace zahrnuje stanovení titerů Al(NO₃)₃, BaCl₂ a NaOH a výpočet metody blank a standardizaci.
Hlavní výsledky a diskuse
NIR spektroskopie dosahuje výsledků do jedné minuty, zatímco termometrická titrace vyžádá 12–42 minut v závislosti na přípravě standardizace a blanků. Roční náklady na spotřební materiál u NIR činí přibližně 2 250 USD oproti 8 895 USD u titrace, což představuje úsporu asi 6 645 USD ročně a cca 66 000 USD za desetiletí. Predikční model vykazuje vysokou korelaci (R > 0,9) a podobné hodnoty SEC a SEP.
Přínosy a praktické využití metody
- Zkrácení doby analýzy na desítky sekund.
- Eliminace potřeby chemikálií a likvidace odpadů.
- Jednoduchá obsluha – minimální příprava vzorku.
- Možnost monitorování vodných kyselin až do 15 % H₂O bez saturace spektra.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace do inline procesního řízení pro kontinuální monitorování.
- Rozšíření predikčních modelů na další typy kyselých směsí.
- Využití pokročilých algoritmů strojového učení pro optimalizaci kalibrací.
- Porovnání s dalšími spektroskopickými technikami pro komplexní QC řešení.
Závěr
Near-infrared spektroskopie představuje efektivní náhradní metodu ke klasické termometrické titraci pro kontrolu kvality kyselých lázní. Metoda šetří čas i náklady, splňuje požadavky ASTM E1655 a nabízí snadnou implementaci do rutinního provozu.
Reference
- Wittmann J., Introduction to quality management in the semiconductor industry, CreateSpace Independent Publishing, 2016.
- Metrohm AG, Application Note H-114: Determination of sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid in etch solutions, 2011.
- ASTM E1655-17 Standard Practices for Infrared Multivariate Quantitative Analysis, ASTM International, 2017.
- Metrohm AG, Application Note NIR-090: Quality Control of Mixed Acids – phosphoric, sulfuric, nitric and hydrofluoric acids, 2021.
- Metrohm AG, Application Note NIR-091: Quality Control of Mixed Acids – acetic, hydrofluoric, and nitric acids, 2021.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Quality Control of Mixed Acids
2021|Metrohm|Aplikace
AN-NIR-090 Quality Control of Mixed Acids Fast and reliable detection of phosphoric, sulfuric, nitric and hydrofluoric acids Summary Determination of the acid concentration in mixed acid solutions is a critical quality control step for successful etching processes. While primary analytical…
Klíčová slova
metrohm, metrohmerror, errormerit, meritfigures, figurescross, crossstandard, standardvalidation, validationvalue, valuesimple, simplenir, nirtitration, titrationcalibration, calibrationvialheater, vialheaterspectroscopy, spectroscopyoptiprobe
Determination of Acid Number (AN) with Titration and NIR Spectroscopy
2019|Metrohm|Technické články
Metrohm White Paper Determination of Acid Number (AN) with Titration and NIR Spectroscopy Iris Kalkman and Andreas Agerer The acid number (AN) is a measure for the quality of oils and their potential to enhance corrosion. When analyzing fresh, unused…
Klíčová slova
titration, titrationnirs, nirsmetrohm, metrohmpaper, papernir, nirwhite, whiteenthalpy, enthalpyinfrared, infrarednear, nearacid, acidspectroscopy, spectroscopycatalyst, catalystagerer, agererkalkman, kalkmankoh
Quality Control of Mixed Acids
2021|Metrohm|Aplikace
AN-NIR-091 Quality Control of Mixed Acids Fast and reliable detection of acetic, hydrofluoric, and nitric acids Summary Determination of the acid concentration in mixed acid solutions is a critical quality control step for successful etching processes. While primary analytical methods…
Klíčová slova
metrohm, metrohmerror, errormerit, meritfigures, figuressimple, simplecross, crossstandard, standardvalue, valuenir, nirvalidation, validationtitration, titrationacoh, acohresult, resultvialheater, vialheaterspectroscopy
Quality Control of Lubricants
2020|Metrohm|Aplikace
AN-NIR-071 Quality Control of Lubricants Unassisted, rapid determination of the Acid Number by automated NIR spectroscopy according to ASTM E1655 Summary Acid Number (AN) analysis of lubricants (ASTM D664) can be a lengthy and costly process due to usage of…
Klíčová slova
metrohm, metrohmrapidliquid, rapidliquidxds, xdssimple, simpleper, peranalyzer, analyzernir, nirequipment, equipmentmembrane, membranenumber, numberhellma, hellmareevaluation, reevaluationcosts, coststempered, temperederror
