半导体行业应用专题 | 二氧化铈 CMP 浆料监测

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摘要：化学机械抛光/平坦化(CMP)是微电子行业广泛使用的一种工艺,通过化学力和机械力来进行平坦化处理。该工艺使用磨料和腐蚀性浆料来帮助平坦化晶圆表面。浆料的粒度分布是控制平坦化工艺成功的关键参数。氧化铈(ceria)的浆料广泛地应用于集成电路(1C)制造的各种 CMP工艺中，本应用说明记录了 AccuSizer? Mini FX 准确测量二氧化铈 CMP 浆料的平均粒径和浓度,并检查是否存在尾端大粒子的实际案例。

关键词：CMP；氧化铈的浆料；大颗粒（LPC）；粒度分布

CMP 工艺和 CMP 浆料广泛用于微电路制造过程中的抛光流程，CMP 浆料的性能对于提高设备产量至关重要，需要定期测量浆料的粒度分布(PSD)。除测量平均粒径之外,还应对尾端大颗粒的存在(即远离主峰的较大颗粒的浓度)进行测量。这些尾端可能来自工艺过程中的污染物，由于化学变化、CMP 输送系统或施加的剪切力而导致的聚集。晶圆中缺陷与划痕的数目与尾端大颗粒计数(LPC) >0.5-1 um 有关,理想的表征系统应提供准确的 LPC 值。

有许多颗粒表征技术可用于测量 CMP 浆料中颗粒的粒径分布。包括动态光散射(DLS)和激光衍射在内的光散射技术可以测量粒径大小和粒径分布，但不能提供任何有用的浓度信息。单颗粒光学技术(SPOS)在颗粒通过狭窄的测量室时一次测量一个颗粒,从而提供准确的粒径和浓度(颗粒/mL)结果。SPOS 本质上是一种高分辨率的技术,能够检测从偏离主峰的尾端大粒子分布。它常用来检测尾端大粒子浓度和数量,而LPC 是CMP浆料造成晶圆缺陷和划痕的主要原因。

AccuSizer@Mini可以在实验室中使用,也可以在线点对点使用。

AccuSizer 多年来一直被 CMP 浆料制造商和最终用户用来检测尾端大颗粒是否存在,根据浆料的不同，可以选择直接进行测量，也可以通过自动稀释来优化分析条件。

上图所示的 AccuSizer Mini FX 系统设计用于检测较小尾端大颗粒和高浓度样品。FX 传感器使用聚焦光束来减少检测的总体积，从而提高传感器的浓度限制,通常无需稀释即可进行测量。FX传感器可测量 0.65-20 um 的颗粒,其浓度比标准消光/遮光或散射传感器高 200 倍。结果最多可以显示在 512 个大小的通道中。

AccuSizer Mini系统是完全自动化的,专为满足生产线的要求而设计。内置的触摸屏电脑控制着操作。用户连接化学机械抛光液的旁路、过滤后的去离子水(如有必要,用于清洗和稀释)、50兆帕的空气管路以控制气动，以及排泄管路。

本研究使用了两个二氧化铈样品;二氧化铈 A具有较小的尾端大颗粒,二氧化铈B具有较大的尾端大颗粒。

对二氧化铈 A 进行了四次分析,以确定基础样品中颗粒的尺寸分布和浓度。四次分析的结果如图1 所示(浓度为线性标度)和图 2(浓度为对数标度)。

图1：二氧化铈 A浓度，线性标度

图2：二氧化铈A，对数标度

接下来,二氧化铈A 中掺入约 1000000 颗粒/ml的 1.36μm 聚苯乙烯乳胶(PSL) 标准颗粒,以证明检测大颗粒的能力。结果如图 3和图4所示。

图3：二氧化铈A(红色)+1.36 μm PSL 尖峰(黑色)

图4：与图3相同，但y轴扩展8倍

图5：二氧化铈A添加了 1% 二氧化铈B

图6：二氧化铈A添加了 10% 二氧化铈B

这些结果证实 AccuSizer Mini FX是一种准确、易于使用的分析工具,可检测低浓度 LPC 颗粒的存在。

该系统可在实验室或工厂中使用。MiniFX 分析仪可以位于流程中的任何位置,通常放置在最终过滤器之后,在浆料与抛光工具中的晶片接触之前进行监测，如图7所示。

图7：晶圆加工过程中的 AccuSizer Mini

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