Pourquoi Vaisala est un fournisseur privilégié pour de nombreuses usines de fabrication de semi-conducteurs pour qualifier la concentration de H2O2 dans le CMP du tungstène
La planarisation/polissage chimico-mécanique (CMP) est un procédé de nano-polissage critique, très coûteux et exigeant, qui combine des réactions chimiques et une abrasion mécanique. C’est l’étape clé permettant la fabrication de circuits intégrés, affectant à la fois le rendement et la productivité.
CMP en résumé
Le polissage est effectué avec une barbotine contenant un agent oxydant, généralement du peroxyde d’hydrogène (H2O2). Lors de la fabrication, une plaquette est pressée contre un tampon de polissage, tandis que la plaquette et le tampon sont mis en rotation dans le sens antihoraire à des vitesses légèrement différentes. Au fur et à mesure que la barbotine est distribuée au centre du tampon, la combinaison d’actions mécaniques et chimiques retire progressivement la matière de la plaquette pour obtenir une surface parfaitement plane.
Les barbotines CMP sont mélangées ou diluées à l’usine avant utilisation. Les barbotines de polissage à l’oxyde sont couramment achetées sous forme concentrée et diluées avec de l’eau sur le site pour minimiser les coûts d’expédition et de main-d’œuvre. Certaines barbotines de polissage multicomposantes ne peuvent être mélangées qu’immédiatement avant leur utilisation en raison de leur courte durée de vie après mélange. Le mélange correct est essentiel car il est directement associé aux vitesses de réaction chimique et au taux de polissage des plaquettes ; tout défaut dans le mélange a un impact négatif sur la fabricabilité et la fiabilité. Bien que le contrôle de la barbotine au point de fabrication (POM) soit strict, les processus ultérieurs – notamment le transport, la manutention et la filtration – peuvent affecter les propriétés chimiques ; il est donc nécessaire d’assurer un suivi continu de la barbotine jusqu’au point d’utilisation (POU) afin de garantir un rendement élevé. Il faut des outils et des méthodologies de métrologie efficaces, rapides, fiables, précis et économiques ; c’est pourquoi de nombreuses usines de fabrication choisissent d’utiliser des réfractomètres.
Comment l’indice de réfraction aide à améliorer la qualité de la production
L’indice de réfraction (IR) – une mesure continue, en ligne, ne consommant pas de barbotine – aide les usines de fabrication à identifier rapidement les défauts de composition de la barbotine, car il fournit des informations en temps réel sur le procédé, réduisant ainsi le nombre de plaquettes exposées au risque.
La barbotine CMP transporte des nanoparticules à des niveaux de solides de 1 à 30 % selon le type de barbotine, ce qui rend leur analyse difficile. Cependant, une fois calibrées aux caractéristiques de température et d’indice de réfraction d’une barbotine spécifique, les mesures d’indice de réfraction peuvent déterminer avec succès la concentration de peroxyde d’hydrogène dans une barbotine de tungstène à ±0,03 % près en poids, même dans ces conditions difficiles.
De plus, contrairement aux tests par sonde de conductibilité, les mesures IR peuvent surveiller la densité de barbotine H2O2 , un indicateur de la sédimentation et de la dégradation progressive de la barbotine. C’est pourquoi l’IR est utilisé non seulement pour qualifier le produit final, mais aussi pour surveiller les variations d’un lot à l’autre de la barbotine brute entrante et pour valider les étapes d’ajout de mélange.
Certains systèmes de distribution de barbotine ont une caractéristique intéressante, une fonction automatisée de procédé par ajout connu de réactifs chimiques dans le réservoir journalier.
Avantages du réfractomètre Semicon Vaisala K-PATENTS®
Le réfractomètre Semicon Vaisala K-PATENTS est spécifiquement conçu pour les environnements de fabrication de semi-conducteurs. Il a une faible empreinte et sa construction est sans métal, une combinaison idéale pour mesurer des produits chimiques sans risque de corrosion pour le processus.
Le réfractomètre Semicon Vaisala K‑PATENTS® est recommandé pour les opérations CMP car :
- La mesure est entièrement numérique, et la dérive est impossible.
- Le composant intégré de mesure de température garantit une mesure de l’indice de réfraction très précise.
- Il offre une mesure directe de la densité
- La conception robuste tolère les vibrations du procédé sans erreur de mesure
- Les diagnostics intégrés offrent un aperçu instantané des conditions du procédé
- De la disponibilité de différentes cellules d'écoulement de haute qualité, conçues pour réduire et même éliminer l’encrassement.
Références
Diversified Fluid Solutions utilise avec succès depuis des années le réfractomètre Semicon Vaisala K‑PATENTS® dans ses opérations de CMP et a trouvé l'appareil extrêmement fiable et précis. « À mesure que les nœuds de processus avancés multiplient les étapes de CMP, nous devons nous assurer que les barbotines acheminées vers les outils de polissage maintiennent des caractéristiques chimiques et mécaniques cohérentes », explique Karl Urquhart, Directeur R&D, Technologie Chimique, Diversified Fluid Solutions. « Le suivi en ligne de l'IR permet d’évaluer la composition chimique du matériau entrant, de qualifier les étapes d’ajout de mélange et de valider un mélange homogène de barbotine CMP dans une seule mesure en temps réel, sans consommation de barbotine. »
La première installation de mesure du H2O2 pour la barbotine CMP a vu le jour dans une grande usine de fabrication de semi-conducteurs en 2013 où elle devait remplacer le titrage automatique. L'appareil de mesure est resté stable depuis, sans aucune maintenance d'instrument nécessaire en dehors du rinçage régulier du mélangeur à barbotine.
En général, après l’installation d’un réfractomètre Semicon Vaisala K‑PATENTS®, le débit de plaquettes dans les usines de fabrication augmente d’environ 20 %. De plus, les barbotines CMP sont strictement contrôlées et permettent une meilleure uniformité du processus de planarisation.
Voulez-vous en savoir plus ?
La mesure IR est une technique simple, économique et précise qui fournit des informations en temps réel sur la composition de la barbotine, faisant du réfractomètre un instrument de métrologie parfait pour de nombreuses usines de fabrication.
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