上海奧法美嘉生物科技有限公司
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摘要:化學機械拋光,亦稱化學機械平面化(CMP),是一種廣泛應用于微電子行業的工藝。這種工藝通過化學和機械組合研磨,使物體表面變得光滑。該工藝使用研磨性和腐蝕性漿料來實現晶圓表面的平面化。漿料的粒徑分布是控制平面化工藝成功與否的關鍵參數。少量的大顆粒就可以劃傷晶圓或磁盤驅動器的表面,以致降低產量和利潤。AccuSizer系列分析儀對粒徑和濃度進行分析,能夠檢測分布尾部的少數大顆粒,這些大顆粒在CMP過程中可能是有害的。
關鍵詞:CMP漿料、尾端顆粒檢測
1引言
在微電路制造過程中,CMP工藝和CMP漿料被廣泛用于拋光。CMP漿料的狀態最大限度地提高設備產量,這就需要定期檢測漿料的粒度分布(PSD)。除了PSD的平均范圍外,監測技術最好對尾部大顆粒(即遠離主峰分布的小濃度存在的大顆粒)的存在具有較高靈敏度。這些尾端大顆粒的存在可能來自于污染、化學變化引起的聚集、CMP傳遞系統。大于0.5-1μm的大顆粒數(LPC)與缺陷或者說劃痕數之間的關系已經被良好地建立起來,并且理想的測試系統應提供準確的LPC值。
2顆粒大小/數量統計的檢測方法
現在有許多顆粒檢測技術被用來檢測CMP漿料中顆粒的大小和濃度。包括動態光散射(DLS)和激光衍射在內的光散射技術可以檢測顆粒的大小和分布范圍,但不能提供任何有效的濃度信息。
單顆粒光學傳感技術(SPOS)是在顆粒通過狹窄的樣品池時進行檢測,一次檢測一個顆粒,然后提供準確的顆粒大小和濃度(顆粒/毫升)結果。由于顆粒是單獨檢測的,這種技術本身就具有很高的分辨率,甚至可以檢測到從主要分布群體中的脫離的極少數單獨顆粒。因此,它常用于檢測LPC。
有些儀器在實驗室使用效果最好,而另一些儀器,例如SPOS,既可以在實驗室使用,也可以在使用地點在線使用(POU)。
3ACCUSIZER的系統范圍
多年來,CMP漿料制造商和終端用戶一直使用AccuSizer來檢測大顆粒尾部的存在。根據漿料的不同,可以在高濃度下進行檢測,也可以通過自動稀釋來優化分析條件。
圖1 AccuSizer Mini FX系統
AccuSizer FX傳感器使用聚焦束來減少被檢測的總體積,從而提高了傳感器的濃度極限,并且通常可以在不稀釋的情況下進行檢測。FX傳感器可檢測0.65-20μm濃度的顆粒,比標準光阻法或者光散傳感器高出200倍。結果可顯示在多達512個通路中。
該系統可作為標準實驗室分析包括自動稀釋的配置,亦可用于使用點在線使用(如上圖)。這兩種配置都能提供敏感并且準確的LPC數據,這對CMP漿料至關重要的。
4LPC檢測
AccuSizer可用于檢測CMP漿料中大于1μm的LPC。圖2顯示了用于檢測添加到二氧化硅CMP漿料基體中,已知濃度為1μm的SiO2顆粒的技術的對比。"加標"顆粒的濃度在0.175-17500mg/L之間。
圖2.Perturbation Detection Analysis
摘自Nichols, K.等人的《Perturbation Detection Analysis》:一種比較能夠檢測CMP漿液中大顆粒存在的儀器的方法,報告由明尼蘇達州查斯卡的BOC Edwards發表。
在這項研究中,>0.56μm大小通道的顆粒濃度被用作傳感器 "信號"。據報告,對于AccuSizer(老版的780型),微擾檢測限度為0.07毫克/升。
5實驗
一項新的實驗被設計用以確認在二氧化硅CMP漿料中檢測1μm顆粒的能力。用1μm的聚苯乙烯乳膠(PSL)球體對幾種常見的二氧化硅CMP漿料進行加標。確認加標顆粒的大小和濃度,然后稀釋進行各種研究。所有樣品均在配備FX傳感器AccuSizer Mini FX系統上進行分析,其范圍為0.65-20 μm。
結果1,漿料A
首先將漿料A稀釋為250:1,以保證檢測結果在巧合區域之外。將1.44 mL 1000×稀釋后的PSL原料(1.74×107/mL)加入250 mL樣品懸浮液(含1 mL原始漿料)中。預期的加標濃度為100000/mL的250∶1稀釋后的樣品懸浮液。結果如圖2和表1及表2所示。
表1. 漿料A加標前的結果
表2. 漿料A加標后的結果
圖2. 漿料A加標前(藍色)和1μm加標后(紅色)
注意在預期通道中增加了約100,000個顆粒/毫升。
結果2,漿料B
在FX POU系統上,對二氧化硅漿料B未經稀釋進行檢測。圖3顯示了在加標之前未稀釋的結果。報告的濃度為20000顆粒/毫升。
圖3. 漿液B,無稀釋,無加標
然后將該樣品通過將57μL的1000×稀釋的1μm PSL標準品(濃度=1.74×107顆粒/mL)加入200mL原漿中,進行加標。估計加標濃度=5000顆粒/mL。加標前后的結果如圖4所示。
圖4. 漿料B加標前(藍色)和加標后(紅色)
結果3,漿料C
在晶圓廠使用時,通常將一份漿料C稀釋為兩份去離子水,因此漿料C被作為基礎樣品。首先用FX POU系統在不進行稀釋的情況下,對基礎漿料進行檢測。加標前的結果如圖4所示。請注意,LPC尾部沒有像在漿液A或B中看到的那樣急劇下降。該濃度為30000顆粒/mL>0.7μm,30mL的漿液中只統計了5500個顆粒,分析時間為兩分鐘。
圖4. 漿液C,無稀釋,無加標
圖5. 漿液C,無稀釋,無加標
圖6. 漿液C加標前(藍色)和加標后(紅色)
總結
這些結果證實了AccuSizer Mini FX是一款準確、易用的分析工具,可用于檢測CMP漿料中低濃度LPC顆粒的存在。該系統可用于實驗室或晶圓廠。
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