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氧化铈化学机械抛光浆料的专用检测

发布:上海奥法美嘉生物科技有限公司
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概述

化学机械抛光,亦称化学机械平面化 (CMP),是一种广泛应用于微电子行业的工艺。这种工艺通过联合化学力和机械力,使物体表面变得光滑。该工艺使用研磨性和腐蚀性浆料 来实现晶圆表面的平面化。浆料的粒度分布是控制平面化工艺成功与否的关键参数。以氧化铈(Ceria)为基础的浆料正越来越广泛地应用于各种 CMP(化学机械平面化)工艺中,用以制造集成电路(IC)。本操作说明记录 AccuSizer® Mini FX 能够准确测量氧化铈CMP浆料的粒度和浓度,并确定分布中是否有尾部的存在。


引言

在微电路制造过程中,CMP 工艺和 CMP浆料被广泛用于抛光。CMP 浆料的状态对于ZD限度地提高设备产量至关重要,这就需要定期测量浆料的粒度分布(PSD)。除了 PSD 的平均范围外,监测技术zui好对尾部(即远离分布主峰的小浓度存在的较大颗粒)的存在具有敏感性。这些尾部的存在可能来自于污染、化学变化引起的聚集、CMP 传递系统或者使用的切应力。大于0.5-1μm 的 大颗粒数(LPC) 与缺陷或者说划痕数之间的关系已经被良好地建立起来,并且理想的测试系统应提供准确的 LPC 值。


颗粒大小/数量统计方法

现在有许多颗粒测试技术被用来测量CMP 浆料中颗粒的大小和浓度。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颗粒的大小和分布范围,但不能提供任何有效的浓度信息。单颗粒光学传感技术(SPOS)是在颗粒通过狭窄的测量室时进行测量,一次测量一个颗粒,然后提供准确的颗粒大小和浓度(颗粒/毫升)结果。本质上,SPOS 是一种高分辨率技术,能够检测从主要分布群体中的脱离的尾部分布。它是检测 LPCs 的理想技术,但 LPCs 最会给 CMP 浆料带来麻烦。有些仪器在实验室使用效果zui好,而另一些仪器,例如 SPOS,既可以在实验室使用,也可以在使用地点在线使用。


AccuSizer 仪器

多年来,CMP 浆料制造商和终端用户一直使用 AccuSizer 来检测大颗粒尾部的存在。根据浆料的不同,可以在全浓度下进行测量,也可以通过自动稀释来优化分析条件。上图所示的 AccuSizer FX 系统设计用于较小的粒度和较高的浓度。FX 传感器使用聚焦束来减少被检测的总体积,从而提高了传感器的浓度极限,并且通常可以在不稀释的情况下进行测量。FX 传感器可测量 0.65-20μm 浓度的颗粒,是标准消光法或者散射传感器的 200 倍。结果可显示在多达 512个通路中。

AccuSizer 是针对生产工艺线而设计的。一个有内置触摸屏的计算机控制操作。用户连接 CMP 浆料的侧流,过滤后的去离子水(必要时用于清洗和稀释),50MPa的空气管线用于控制气动装置以及排水管线。该系统为全自动系统。


所用样本

本研究采用了两种氧化铈样本,一种是尾部较小的大颗粒氧化铈 A,另一种是尾部较大的大颗粒氧化铈 B。


结果

对氧化铈 A 进行四次分析,以确定样品中颗粒的大小分布和浓度。四次分析结果如 图所示,图 1 浓度线性分度,图 2 为浓度为对数分度。


图 1. 氧化铈 A,浓度线性分度.png

图 1. 氧化铈 A,浓度线性分度


图 2. 氧化铈 A,浓度对数分度.png

图 2. 氧化铈 A,浓度对数分度


接下来用106 颗粒/mL 的 1.36 聚苯乙烯胶乳(PSL)标准颗粒对氧化铈 A 进行加标,以证检测大颗粒的能力。结果如图 3 和图 4 所示。


图 3. 氧化铈 A(红色)+1μm PSL(黑色).png

图 3. 氧化铈 A(红色)+1μm PSL(黑色)


图 4. 与图 3 相同,但 y 轴上有 8x 的扩展.png

图 4. 与图 3 相同,但 y 轴上有 8x 的扩展


然后用 1%(图 5)和 10%(图 6)的氧化铈 B 对氧化铈 A 进行加标,氧化铈 B含有较长的大颗粒尾部。图 5 和图 6 中的结果显示了AccuSizer 对尾部的敏感性和优异的重现性,这来源于测量如此多颗粒的统计置信度。


图 5. 1%氧化铈 B 对氧化铈 A 加标.png

图 5. 1%氧化铈 B 对氧化铈 A 加标


图 6. 10%氧化铈 B 对氧化铈 A 加标.png

图 6. 10%氧化铈 B 对氧化铈 A 加标


结论

这些结果证实了 AccuSizer Mini FX 是一款准确、易于使用的分析工具,可用于检测低浓度 LPC 颗粒的存在。该系统可以在实验室或工厂中使用。Mini FX 分析仪可以放置在工艺流程中的任何位置,通常放置在ZZ过滤器之后,用以监测抛光工具中,与晶圆接触前的浆料,如图 7 所示。


图 7.AccuSizer Mini 在晶圆加工过程中应用.png

图 7.AccuSizer Mini 在晶圆加工过程中应用

2021-06-25
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