二氧化鈰 CMP 漿料監(jiān)測

化學(xué)機(jī)械拋光/平坦化 (CMP) 是微電子行業(yè)廣泛使用的一種工藝，通過化學(xué)力和機(jī)械力來進(jìn)行平坦化處理。該工藝使用磨料和腐蝕性漿料來幫助平坦化晶圓表面。漿料的粒度分布是控制平坦化工藝成功的關(guān)鍵參數(shù)。氧化鈰 (ceria) 的漿料廣泛地應(yīng)用于集成電路 (IC) 制造的各種 CMP工藝中，本應(yīng)用說明記錄了 AccuSizer® Mini FX 準(zhǔn)確測量二氧化鈰 CMP 漿料的平均粒徑和濃度，并檢查是否存在尾端大粒子的實(shí)際案例。

1.  引言

CMP 工藝和 CMP 漿料廣泛用于微電路制造過程中的拋光流程，CMP 漿料的性能對(duì)于提高設(shè)備產(chǎn)量至關(guān)重要，需要定期測量漿料的粒度分布 (PSD)。除測量平均粒徑之外，還應(yīng)對(duì)尾端大顆粒的存在（即遠(yuǎn)離主峰的較大顆粒的濃度）進(jìn)行測量。這些尾端可能來自工藝過程中的污染物，由于化學(xué)變化、CMP 輸送系統(tǒng)或施加的剪切力而導(dǎo)致的聚集。晶圓中缺陷與劃痕的數(shù)目與尾端大顆粒計(jì)數(shù) (LPC) >0.5-1 μm 有關(guān)，理想的表征系統(tǒng)應(yīng)提供準(zhǔn)確的 LPC 值。

2.  顆粒粒徑/計(jì)數(shù)技術(shù)

有許多顆粒表征技術(shù)可用于測量 CMP 漿料中顆粒的粒徑分布。包括動(dòng)態(tài)光散射 (DLS) 和激光衍射在內(nèi)的光散射技術(shù)可以測量粒徑大小和粒徑分布，但不能提供任何有用的濃度信息。單顆粒光學(xué)技術(shù) (SPOS) 在顆粒通過狹窄的測量室時(shí)一次測量一個(gè)顆粒，從而提供準(zhǔn)確的粒徑和濃度（顆粒/mL）結(jié)果。SPOS 本質(zhì)上是一種高分辨率的技術(shù)，能夠檢測從偏離主峰的尾端大粒子分布。它常用來檢測尾端大粒子濃度和數(shù)量，而 LPC 是 CMP 漿料造成晶圓缺陷和劃痕的主要原因。

AccuSizer ® Mini可以在實(shí)驗(yàn)室中使用，也可以在線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)使用。

3.  ACCUSIZER MINI

AccuSizer 多年來一直被 CMP 漿料制造商和最終用戶用來檢測尾端大顆粒是否存在，根據(jù)漿料的不同，可以選擇直接進(jìn)行測量，也可以通過自動(dòng)稀釋來優(yōu)化分析條件。

上圖所示的 AccuSizer Mini FX 系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于檢測較小尾端大顆粒和高濃度樣品。FX 傳感器使用聚焦光束來減少檢測的總體積，從而提高傳感器的濃度限制，通常無需稀釋即可進(jìn)行測量。FX 傳感器可測量 0.65–20 μm 的顆粒，其濃度比標(biāo)準(zhǔn)消光/遮光或散射傳感器高 200 倍。結(jié)果最多可以顯示在 512 個(gè)大小的通道中。

AccuSizer Mini系統(tǒng)是自動(dòng)化的，專為滿足生產(chǎn)線的要求而設(shè)計(jì)。內(nèi)置的觸摸屏電腦控制著操作。用戶連接化學(xué)機(jī)械拋光液的旁路、過濾后的去離子水(如有必要，用于清洗和稀釋)、50兆帕的空氣管路以控制氣動(dòng)，以及排泄管路。

4.  使用的樣品

本研究使用了兩個(gè)二氧化鈰樣品；二氧化鈰 A 具有較小的尾端大顆粒，二氧化鈰B具有較大的尾端大顆粒。

5. 結(jié)果

對(duì)二氧化鈰 A 進(jìn)行了四次分析，以確定基礎(chǔ)樣品中顆粒的尺寸分布和濃度。四次分析的結(jié)果如圖 1 所示（濃度為線性標(biāo)度）和圖 2（濃度為對(duì)數(shù)標(biāo)度）。

圖 1. 二氧化鈰 A濃度，線性標(biāo)度

圖 2. 二氧化鈰 A，對(duì)數(shù)標(biāo)度

接下來，二氧化鈰A 中摻入約 1000000  顆粒/mL 的 1.36μm 聚苯乙希乳膠 (PSL) 標(biāo)準(zhǔn)顆粒，以證明檢測大顆粒的能力。結(jié)果如圖 3 和圖 4 所示。

圖 3. 二氧化鈰A（紅色）+ 1.36 μm PSL 尖峰（黑色）

圖 4. 與圖 3 相同，但 y 軸擴(kuò)展 8 倍

然后，在二氧化鈰 A 中摻入 1%（圖 5）和 10%（圖 6）的二氧化鈰 B，后者含有較長尾端大顆粒。圖 5 和圖 6 中的結(jié)果顯示了 AccuSizer 對(duì)尾端大顆粒的敏感性以及良好的重復(fù)性。

圖 5. 二氧化鈰 A 添加了 1% 二氧化鈰B

圖 6. 二氧化鈰A 添加了 10% 二氧化鈰 B

6.  結(jié)論

這些結(jié)果證實(shí) AccuSizer Mini FX 是一種準(zhǔn)確、易于使用的分析工具，可檢測低濃度 LPC 顆粒的存在。

該系統(tǒng)可在實(shí)驗(yàn)室或工廠中使用。Mini FX 分析儀可以位于流程中的任何位置，通常放置在最終過濾器之后，在漿料與拋光工具中的晶片接觸之前進(jìn)行監(jiān)測，如圖7所示。

圖 7. 晶圓加工過程中的 AccuSizer Mini