半導体製造における化学プロセスの監視と異常検知

インライン屈折率（RI）計測は、CMP スラリーの過酸化水素含有量の評価に最適な技術ですが、スラリーについて関心のある指標は過酸化物含有量だけではありません。通常、スラリーはメーカーから高濃度で納入され、製造工場で水や酸化物で希釈されます。スラリーの密度は CMP の性能を左右する重要なパラメーターですが、流入密度はバッチごとに異なる場合があります。

屈折率計測は、タングステンの CMP においてスラリーの過酸化物含有量の評価に最適な技術として認められています。新たに考えられた多くのプロセスフローでは、CMP が回路構造構築に重要なツールとして使用されており、CMP のステップ数が大幅に増えています。そのため、スラリー組成が仕様から逸脱した場合、歩留まり損失が発生する可能性も高くなっています。自動滴定は、非常に正確な計測結果が得られる一方で、大きな資本投資と継続的なメンテナンス費用の負担が必要であり、所定の間隔で別々のサンプリングが行われるだけです。スラリーを消費しない屈折率の連続計測を利用すると、製造工場はスラリー組成異常を迅速に特定し、危険にさらされるウエハーの数を減らすことができます。 

インライン屈折率計測は、最先端の製造工場における CMP スラリーブレンドおよび供給システムの異常検出に最適な技術として認められています。屈折率のサンプリングなしの連続計測を利用すると、製造工場はスラリー組成の変化を迅速に特定できます。

特定のスラリーの温度/屈折率の特性に合わせて校正を行った後は、屈折率計測により、銅とタングステンの両方のスラリーについて、スラリー内の過酸化水素の濃度を重量比 ±0.02% 以内の精度で求めることができます。この最先端の製造工場での長期研究では、低ノード技術である CMP プロセスの計測により、3 年間、スラリーブレンダータンクの定期洗浄以外の機器メンテナンスを行うことなく、高い信頼性でスラリー組成が検出されました。 

流入薬液の品質はケミカル製品サプライヤーに委ねられてきました。半導体製造工場がサプライヤーによるプロセス化学の問題を見つけることは大変難しく、できてもごく限られた範囲にとどまっています。製品は、サプライヤー、機械、人間など原因が何であれ、流入薬液の変化の影響を受けることがわかりました。実際、製品は薬液のモニタリング方法として使用されていると言うこともできます。ここでは、さまざまなモニタリング方法について説明し、多岐にわたる半導体化学の費用対効果の高いアプリケーションを実現するためのベストプラクティスを提案します。問題全体は 1 つのデバイスや方式で解決できるものではなく、デバイス一式を見直し、薬液供給領域に関する基本的な考え方を変える必要があります。研究結果の補足や裏付けとなるデータやその他関連する実験結果についても説明します。