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如何檢測CMP漿料中的尾部顆粒

上海奧法美嘉生物科技有限公司 2023-02-23 | 閱讀：645

摘要：化學(xué)機械拋光,，亦稱化學(xué)機械平面化(CMP),，是一種廣泛應(yīng)用于微電子行業(yè)的工藝。這種工藝通過化學(xué)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(xiàn)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(guān)鍵參數(shù),。少量的大顆粒就可以劃傷晶圓或磁盤驅(qū)動器的表面,，以致降低產(chǎn)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(shù)大顆粒,，這些大顆粒在CMP過程中可能是有害的。

關(guān)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(tài)最大限度地提高設(shè)備產(chǎn)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(jiān)測技術(shù)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(xué)變化引起的聚集,、CMP傳遞系統(tǒng)。大于0.5-1μm的大顆粒數(shù)(LPC)與缺陷或者說劃痕數(shù)之間的關(guān)系已經(jīng)被良好地建立起來,，并且理想的測試系統(tǒng)應(yīng)提供準(zhǔn)確的LPC值,。

2顆粒大小/數(shù)量統(tǒng)計的檢測方法

現(xiàn)在有許多顆粒檢測技術(shù)被用來檢測CMP漿料中顆粒的大小和濃度。包括動態(tài)光散射（DLS）和激光衍射在內(nèi)的光散射技術(shù)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(xué)傳感技術(shù)(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(zhǔn)確的顆粒大小和濃度(顆粒/毫升)結(jié)果。由于顆粒是單獨檢測的,，這種技術(shù)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(shù)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(tǒng)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(jù)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(yōu)化分析條件。

圖1 AccuSizer Mini FX系統(tǒng)

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?？梢栽诓幌♂尩那闆r下進行檢測。FX傳感器可檢測0.65-20μm濃度的顆粒,，比標(biāo)準(zhǔn)光阻法或者光散傳感器高出200倍,。結(jié)果可顯示在多達512個通路中。

該系統(tǒng)可作為標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確的LPC數(shù)據(jù)，這對CMP漿料至關(guān)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(shù)的對比。"加標(biāo)"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(fā)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(jù)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(shè)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(biāo),。確認加標(biāo)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(tǒng)上進行分析,，其范圍為0.65-20 μm,。

結(jié)果1，漿料A

首先將漿料A稀釋為250:1,，以保證檢測結(jié)果在巧合區(qū)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(yù)期的加標(biāo)濃度為100000/mL的250∶1稀釋后的樣品懸浮液,。結(jié)果如圖2和表1及表2所示,。

表1. 漿料A加標(biāo)前的結(jié)果

表2. 漿料A加標(biāo)后的結(jié)果

圖2. 漿料A加標(biāo)前（藍色）和1μm加標(biāo)后（紅色）

注意在預(yù)期通道中增加了約100,000個顆粒/毫升。

結(jié)果2,，漿料B

在FX POU系統(tǒng)上,，對二氧化硅漿料B未經(jīng)稀釋進行檢測。圖3顯示了在加標(biāo)之前未稀釋的結(jié)果,。報告的濃度為20000顆粒/毫升,。

圖3. 漿液B，無稀釋,，無加標(biāo)

然后將該樣品通過將57μL的1000×稀釋的1μm PSL標(biāo)準(zhǔn)品（濃度=1.74×107顆粒/mL）加入200mL原漿中,，進行加標(biāo)。估計加標(biāo)濃度=5000顆粒/mL,。加標(biāo)前后的結(jié)果如圖4所示,。

圖4. 漿料B加標(biāo)前（藍色）和加標(biāo)后（紅色）

結(jié)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(chǔ)樣品。首先用FX POU系統(tǒng)在不進行稀釋的情況下，對基礎(chǔ)漿料進行檢測,。加標(biāo)前的結(jié)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(tǒng)計了5500個顆粒，分析時間為兩分鐘,。