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为什么维萨拉是许多半导体制造厂测定钨的 CMP 研磨液中 H2O2 浓度的首选供应商

Published: Mar 17, 2021
液体测量
工业测量

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化学机械研磨/抛光 (CMP) 将化学反应和机械研磨结合在一起,是一项成本高昂且具有挑战性的重要纳米抛光工艺。这一工艺是集成电路制造中关键的使能步骤,对产量和工作效率都会产生影响。

CMP 简介

抛光工艺使用含氧化剂的浆料完成,氧化剂通常为过氧化氢 (H2O2)。在制造过程中,将晶圆和抛光垫紧密地压在一起,同时使二者各自以略微不同的速度逆时针旋转。将浆料铺在抛光垫的中央,然后结合运用机械操作和化学操作,逐步除去晶圆表面的材料,使晶圆表面局部和整体都顺滑平坦。  

使用 CMP 浆料前,先在工厂对其进行混合或稀释。氧化物抛光浆料在购买时通常为浓缩状态,使用前在现场加水稀释,以最大限度减少运输和人工成本。一些多组分抛光浆料只能随用随混,因为这些浆料在混合后有效期很短。确保正确地混合至关重要,因为混合效果直接关系到化学反应速率和晶圆抛光速率;混合过程中的任何缺陷都会对可制造性和可靠性产生负面影响。尽管制造点 (POM) 的浆料控制很严格,但后续过程(包括运输、处理和过滤)会影响化学特性,因此需要对浆料进行连续监测,直到抵达使用点 (POU) 为止,以确保实现高产量。这样就需要有效、快速、可靠、准确且经济高效的计量工具和方法,因此许多制造厂选择使用折光仪。

如何借助折射率测量技术来提高生产质量

折射率 (RI) 测量技术是一种不消耗浆料的连续在线测量方法,可帮助制造厂在传递工艺相关的实时信息时迅速识别出浆料成分错误,从而减少存在风险的晶圆数量。

CMP 浆料携带纳米颗粒,其固体含量为 1 - 30%(取决于浆料类型),因此对其中的过氧化氢浓度进行分析极具挑战性。但通过对特定浆料的折射率及温度特性进行标定,RI 测量法可以不惧这些困难条件,成功测量出钨浆料中的过氧化氢浓度并将误差控制在 ±0.03%(重量)以内。

此外,与电导率探头测试不同,RI 测量可以监测 H2O浆料浓度,该指标可以反映浆料随时间的沉降和降解情况。因此,RI 不仅用于检验最终产品的质量,也用于监测进厂原始浆料各批次之间的变化,并验证混合 - 添加步骤。

部分浆料输送系统拥有一项引人注目的功能,那就是日用槽自动化学品加料功能。

Inline refractive index vs. online titration of H2O2 in slurry conc%
Inline refractive index vs. online titration of hydrogen peroxide in slurry conc%

 

维萨拉 K-PATENTS® 半导体行业用折光仪的优势

维萨拉 K‑PATENTS 半导体行业用折光仪专为半导体制造环境设计。该仪器尺寸小且不含金属,因此非常适合在不影响工艺的情况下测量化学物质。

维萨拉 K‑PATENTS 半导体行业用折光仪更适合 CMP 操作,因为:

  • 测量实现了完全数字化,并且绝不会产生偏差
  • 集成了温度测量组件,可确保高精度的 RI 测量
  • 可进行直接密度测量
  • 设计坚固可靠,可承受过程中的振动,且不会产生测量误差
  • 通过内置诊断程序,可即时了解工艺条件
  • 拥有各种高质量流通池(旨在减少甚至消除结垢现象)。

参考文献

多年来, DFS公司一直在 CMP 操作中使用维萨拉 K-PATENTS 半导体行业用折光仪,长期的成功运作证明该设备十分可靠且准确。“随着先进的工艺节点越来越多地采用 CMP 步骤,我们必须确保输送到抛光工具的浆料的化学特性以及机械特性保持稳定一致,”DFS公司化学技术研发总监Karl Urquhart 解释道,“在线 RI 监测可以评估进料的化学成分,检验混合添加步骤的质量,并且可以通过一次不消耗浆料的实时测量来验证 CMP 浆料是否混合均匀。”

针对 CMP 浆料的 H2O测量装置于 2013 年首次在一家大型半导体制造厂中完成安装,用于取代自动滴定法。安装后,该测量设备一直稳定运行,并且除了正常的冲洗混浆池外,无需进行仪器维护。

通常,在安装维萨拉 K-PATENTS 半导体行业用折光仪后,制造厂的晶圆产量可提升约 20%。此外,CMP 浆料受到严格控制,能够提高研磨过程的均匀性。

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RI 测量是一种简单、经济高效且准确的技术,可提供有关浆料成分的实时信息,因此折光仪成为了许多制造厂的首选计量仪器。

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