Vaisala: la elección predilecta para la calificación de la concentración de H2O2 en CMP de tungsteno en plantas de fabricación de semiconductores

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La planarización/pulido químico-mecánico (CMP, por sus siglas en inglés) es un proceso de nano-pulido crítico, muy costoso y desafiante que combina reacciones químicas y abrasión mecánica. Es el paso habilitador clave en la fabricación de circuitos integrados, afectando tanto el rendimiento como la productividad.

CMP en pocas palabras

El pulido se realiza con una suspensión que incluye un agente oxidante, típicamente peróxido de hidrógeno (H2O2). Durante la fabricación, una oblea es presionada contra una almohadilla de pulido mientras tanto la oblea como la almohadilla giran en sentido antihorario a velocidades ligeramente diferentes. A medida que la suspensión se distribuye en el centro de la almohadilla, la combinación de acciones mecánicas y químicas elimina gradualmente el material de la superficie de la oblea, lo que resulta en una superficie local y globalmente plana.

Las suspensiones de CMP se mezclan o diluyen en la planta antes de su uso. Las suspensiones de pulido de óxido se compran comúnmente en forma concentrada y se diluyen con agua en el sitio para minimizar los costos de envío y mano de obra. Algunas suspensiones de pulido multicomponentes solo se mezclan inmediatamente antes de su uso debido a su corta vida útil después de la mezcla. La mezcla correcta es esencial ya que está directamente relacionada con las tasas de reacción química y la tasa de pulido de la oblea; cualquier defecto en la mezcla tiene un impacto negativo en la fabricabilidad y confiabilidad. Aunque el control de la suspensión en el punto de fabricación (POM) es estricto, los procesos posteriores, incluido el transporte, manipulación y filtración, pueden afectar las propiedades químicas, por lo que se requiere un monitoreo continuo de la suspensión hasta el punto de uso (POU) para garantizar un alto rendimiento. Se requieren herramientas y metodologías de metrología efectivas, rápidas, confiables, precisas y rentables, por lo que muchas plantas de fabricación optan por utilizar refractómetros.

Cómo el índice de refracción ayuda a mejorar la calidad de producción

El índice de refracción (RI), una medida continua y en línea que no consume suspensión, ayuda a las plantas de fabricación a identificar rápidamente fallos en la composición de la suspensión, ya que proporciona información en tiempo real sobre el proceso, reduciendo el número de obleas en riesgo.

La suspensión CMP transporta nanopartículas a niveles de contenido sólido de 1-30% dependiendo del tipo de suspensión, lo que dificulta su análisis. Sin embargo, una vez calibradas a las características de temperatura/RI de una suspensión específica, las mediciones de RI pueden determinar con éxito la concentración de peróxido de hidrógeno en la suspensión de tungsteno con una precisión de ±0.03% en peso, incluso en estas condiciones difíciles.

Además, a diferencia de las pruebas con sondas de conductividad, las mediciones de RI pueden monitorear la densidad de la suspensión de H2O2, un indicador de sedimentación y degradación de la suspensión con el tiempo. Por lo tanto, el RI se utiliza no solo para calificar el producto final, sino también para monitorear las variaciones de lote a lote en la suspensión cruda entrante y validar los pasos de adición de la mezcla.

Una característica atractiva de algunos sistemas de suministro de suspensión ha sido la capacidad de utilizar una función de inyección química automatizada en el tanque diario.

Beneficios del refractómetro Vaisala K-PATENTS^® Semicon

El refractómetro Vaisala K-PATENTS Semicon está diseñado específicamente para entornos de fabricación de semiconductores. Tiene un tamaño reducido y su construcción es libre de metales, lo que lo hace ideal para medir productos químicos sin corroer el proceso.

El refractómetro Vaisala K-PATENTS Semicon es la elección superior para operaciones de CMP porque:

• La medición es completamente digital y la deriva es imposible.
• El componente de medición de temperatura integrado garantiza una medición de RI altamente precisa.
• Ofrece una medición directa de la densidad.
• El diseño robusto tolera las vibraciones del proceso sin errores de medición.
• Los diagnósticos incorporados brindan una visión instantánea de las condiciones del proceso.
• De la disponibilidad de diferentes celdas de flujo de alta calidad, diseñadas para reducir e incluso eliminar la obstrucción.

Referencias

Diversified Fluid Solutions ha estado utilizando con éxito el refractómetro Vaisala K-PATENTS Semicon durante años en sus operaciones de CMP y ha encontrado el dispositivo extremadamente confiable y preciso. "A medida que los nodos de proceso avanzados traen un número creciente de pasos de CMP, debemos asegurarnos de que las suspensiones entregadas a las herramientas de pulido mantengan características químicas y mecánicas consistentes", explica Karl Urquhart, Director de I+D, Tecnología Química, Diversified Fluid Solutions. "La monitorización de RI en línea puede evaluar la composición química del material entrante, calificar los pasos de adición de mezcla y validar una mezcla de suspensión de CMP uniforme en una sola medición en tiempo real que no consume suspensión".

La primera instalación de medición de H2O2 para suspensión de CMP se instaló en una gran planta de fabricación de semiconductores en 2013, reemplazando la titulación automática. El dispositivo de medición ha permanecido estable desde entonces, sin necesidad de mantenimiento del instrumento más allá del enjuague rutinario del mezclador de suspensión.

En general, después de instalar un refractómetro Vaisala K-PATENTS Semicon, el rendimiento de las obleas en las plantas de fabricación aumenta aproximadamente un 20%. Además, las suspensiones de CMP se controlan estrictamente y permiten una mejor uniformidad del proceso de planarización.

¿Le gustaría saber más?

La medición de RI es una técnica simple, rentable y precisa que proporciona información en tiempo real sobre la composición de la suspensión, convirtiendo al refractómetro en el instrumento de metrología preferido para muchas plantas de fabricación.

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