化學(xué)機(jī)械研磨/拋光 (CMP) 將化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械研磨結(jié)合在一起，是一項(xiàng)成本高昂且具有挑戰(zhàn)性的重要納米拋光工藝。這一工藝是集成電路制造中關(guān)鍵的使能步驟，對產(chǎn)量和工作效率都會產(chǎn)生影響。
CMP 簡介
拋光工藝使用含氧化劑的漿料完成，氧化劑通常為過氧化氫 (H2O2)。在制造過程中，將晶圓和拋光墊緊密地壓在一起，同時使二者各自以略微不同的速度逆時針旋轉(zhuǎn)。將漿料鋪在拋光墊的中央，然后結(jié)合運(yùn)用機(jī)械操作和化學(xué)操作，逐步除去晶圓表面的材料，使晶圓表面局部和整體都順滑平坦。
使用 CMP 漿料前，先在工廠對其進(jìn)行混合或稀釋。氧化物拋光漿料在購買時通常為濃縮狀態(tài)，使用前在現(xiàn)場加水稀釋，以減少運(yùn)輸和人工成本。一些多組分拋光漿料只能隨用隨混，因?yàn)檫@些漿料在混合后有效期很短。確保正確地混合至關(guān)重要，因?yàn)榛旌闲Ч苯雨P(guān)系到化學(xué)反應(yīng)速率和晶圓拋光速率；混合過程中的任何缺陷都會對可制造性和可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。盡管制造點(diǎn) (POM) 的漿料控制很嚴(yán)格，但后續(xù)過程（包括運(yùn)輸、處理和過濾）會影響化學(xué)特性，因此需要對漿料進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，直到抵達(dá)使用點(diǎn) (POU) 為止，以確保實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量。這樣就需要有效、快速、可靠、準(zhǔn)確且經(jīng)濟(jì)高效的計(jì)量工具和方法，因此許多制造廠選擇使用折光儀。
如何借助折射率測量技術(shù)來提高生產(chǎn)質(zhì)量
折射率 (RI) 測量技術(shù)是一種不消耗漿料的連續(xù)在線測量方法，可幫助制造廠在傳遞工藝相關(guān)的實(shí)時信息時迅速識別出漿料成分錯誤，從而減少存在風(fēng)險(xiǎn)的晶圓數(shù)量。
CMP 漿料攜帶納米顆粒，其固體含量為 1 - 30%（取決于漿料類型），因此對其中的過氧化氫濃度進(jìn)行分析極具挑戰(zhàn)性。但通過對特定漿料的折射率及溫度特性進(jìn)行標(biāo)定，RI 測量法可以不懼這些困難條件，成功測量出鎢漿料中的過氧化氫濃度并將誤差控制在 ±0.03%（重量）以內(nèi)。
此外，與電導(dǎo)率探頭測試不同，RI 測量可以監(jiān)測 H2O 2 漿料濃度，該指標(biāo)可以反映漿料隨時間的沉降和降解情況。因此，RI 不僅用于檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量，也用于監(jiān)測進(jìn)廠原始漿料各批次之間的變化，并驗(yàn)證混合 - 添加步驟。
部分漿料輸送系統(tǒng)擁有一項(xiàng)引人注目的功能，那就是日用槽自動化學(xué)品加料功能。
Inline refractive index vs. online titration of hydrogen peroxide in slurry conc%
維薩拉 K?PATENTS® 半導(dǎo)體行業(yè)用折光儀的優(yōu)點(diǎn)
維薩拉 K?PATENTS 半導(dǎo)體行業(yè)用折光儀為半導(dǎo)體制造環(huán)境設(shè)計(jì)。該儀器尺寸小且不含金屬，因此適合在不影響工藝的情況下測量化學(xué)物質(zhì)。
維薩拉 K?PATENTS 半導(dǎo)體行業(yè)用折光儀適合 CMP 操作，因?yàn)椋?/p>
- 測量數(shù)字化，并且不會產(chǎn)生偏差
- 集成了溫度測量組件，可確保高精度的 RI 測量
- 可進(jìn)行直接密度測量
- 設(shè)計(jì)堅(jiān)固可靠，可承受過程中的振動，減少測量誤差
- 通過內(nèi)置診斷程序，可即時了解工藝條件
- 擁有流通池（旨在減少甚至消除結(jié)垢現(xiàn)象）。
參考文獻(xiàn)
多年來， DFS公司一直在 CMP 操作中使用維薩拉 K-PATENTS 半導(dǎo)體行業(yè)用折光儀，長期的成功運(yùn)作證明該設(shè)備可靠且準(zhǔn)確。“隨著工藝節(jié)點(diǎn)越來越多地采用 CMP 步驟，我們必須確保輸送到拋光工具的漿料的化學(xué)特性以及機(jī)械特性保持穩(wěn)定一致，”DFS公司化學(xué)技術(shù)研發(fā)總監(jiān)Karl Urquhart 解釋道，“在線 RI 監(jiān)測可以評估進(jìn)料的化學(xué)成分，檢驗(yàn)混合添加步驟的質(zhì)量，并且可以通過一次不消耗漿料的實(shí)時測量來驗(yàn)證 CMP 漿料是否混合均勻。”
針對 CMP 漿料的 H2O2 測量裝置于 2013 年在一家大型半導(dǎo)體制造廠中完成安裝，用于取代自動滴定法。安裝后，該測量設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，并且除了正常的沖洗混漿池外，無需進(jìn)行儀器維護(hù)。
通常，在安裝維薩拉 K-PATENTS 半導(dǎo)體行業(yè)用折光儀后，制造廠的晶圓產(chǎn)量可提升約 20%。此外，CMP 漿料受到嚴(yán)格控制，能夠提高研磨過程的均勻性。