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CMP Slurry 的尾端分布检测

 发布时间:2021-07-16 点击量:307

概述

化学机械抛光/平面化(CMP)是微电子工业中广泛应用的一种结合化学和机械力对表面进行抛光的工艺。浆料的粒度仪分布是控制平化成功与否的关键参数。一些大颗粒会划伤晶圆或磁盘驱动器的表面,降低产量和利润。Accusizer粒度计数分析仪是能够检测少数大颗粒分布的尾部,可能是如此有害的CMP过程。

介绍

CMP工艺和CMP浆料被广泛应用于微电路制造中的抛光。CMP浆料的状况对于最大限度提高设备产量至关重要,需要定期测量浆料的粒径分布(PSD)。除了PSD的平均大小,理想情况下,监测技术应该对尾巴的存在敏感。浓度小的大颗粒远离主峰的分布。这些尾巴可能来自污染、化学变化引起的聚集、CMP输送系统或应用剪切力。大型粒子数之间的关系(LPC)>1μm和缺陷或划痕数已经建立和理想的描述系统应该提供一个精确的LPC的价值。

粒子大小/计数技术

目前有许多颗粒表征技术被用来测量CMP浆料中颗粒的大小和浓度。光散射技术包括动态光散射(DLS)和激光衍射可以测量分布的大小和宽度,但不能提供任何有用的浓度信息。单粒子光学尺寸(SPOS)测量一个粒子通过狭窄的测量区域,提供精确的尺寸和浓度(粒子/ml)结果。由于粒子是单独测量的,这项技术天生就具有很高的分辨率,甚至可以检测出从主要分布中除去的很少的单个粒子。因此,它是检测LPC的理想技术,而LPC是CMP浆料中最麻烦的。有些仪器最好在实验室中使用,而其他的,如SPOS可以在实验室和现场(POU)中使用。

 

Accusizer的系统检测范围

CMP浆料制造商和最终用户多年来一直使用颗粒粒度系统Accusizer系统来检测尾部大颗粒的存在。根据浆料的不同,可以在正常浓度状态下进行测量或用自动集中稀释以优化分析条件。新的PSS Accusizer FX系统(POU系统如图所示)设计用于更小的颗粒尺寸和更高的浓度。

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新的FX传感器使用聚集光束来减少检查的总体积,从而提高了传感器的浓度限制,通常允许在不稀释的情况下进行测量。FX传感器测量粒子0.65μm- 20 μm标准200倍浓度消光或散射传感器。结果可以显示在多达512个大小通道。

该系统可以配置为标准实验室分析,包括自动稀释,使用点(如上所示的POU),或安装在FX系统,允许4个CMP浆料流复用通过传感器/计数器。所有的这些配置提供敏感和准确的LPC数据对CMP浆料至关重要。

 

LPC的检测

Accusizer 证明过去检测的理想LPC>1μm在CMP浆料。下面的图1展示了一个比较的技术用于检测一个已知浓度的1μmSiO2颗粒加入到硅基中,氧化CMP浆料。尖峰粒子的浓度范围为0.175-17500mg/L。

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图1,来自Nichlos,K等人,摄动检测分析:一种可以测量CMP浆料中大颗粒存在的比较仪器的方法,BOC Edwards,Chaska,MN发表的报告

在这项研究中粒子浓度>0.56μm大小通道被用作传感器信号。对于Accusizer 780 检测限报告为0.07mg/L。

 

实验

新实验旨在确认能力检测1μm粒子的存在二氧化硅CMP浆料。几种常见硅CMP浆料上升了1μm聚苯乙烯乳胶(PSL)领域。对于Spike颗粒的大小和浓度进行确认,然后稀释用于各种研究。Accusizer 还可在基础上额外配备一个传感器,使检测范围拓展到0.20μm-0.65μm。

结果1,浆液A

浆料A首先稀释250:1,以确保测量值在符合区域之外。1.44ml1000*稀释PSL(1.74*107/ml)加入到250ml样品悬浮液中(含1ml原浆液)。预订的Spike浓度为100000/ml 250:1稀释的样品悬浮液。结果如图2、表1和表2所示。

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图2中,加标粒之前的浆料(蓝色)和添加标粒之后1μm飙升(红色)

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表1:添加标粒之前

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表2:添加标粒之后的浆料检测结果

注意在预期的通道中增加了~100,000颗粒/ml。

 

结果2,浆料B

在没有稀释的情况下在FX pou系统上测量硅浆B。图3显示了添加峰值之前未稀释的结果。报告浓度为~20,000颗粒/ml。

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图2,浆液B,无稀释,无尖峰

然后将57μl 稀释1000倍的1μmPSL标准粒子(粒子浓度=1.74*107/ml)到200ml的原始浆料中。预计峰值浓度=5000颗粒/ml。峰值前后的结果如图3所示。

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图3、添加标粒前(蓝色)和添加标粒后(红色)

 

结果3,浆液C

浆料C在fab使用时通常是将1份浆料用2份去离子水稀释,作为基础样品。首先使用FX POU系统在没有稀释的情况下测量基础浆料。图4显示了峰值之前的结果。注意,LPC的尾端大颗粒不像浆料A或者B那样急剧下降,样品的颗粒浓度~30,000颗粒/ml,大于0.7微米的颗粒30ml中只有5500颗,检测时间2min。

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图4,浆料C,未稀释,无突起

 

浆料通过添加35μl稀释1000倍的1微米PSL标粒资料(浓度=1.75*107颗粒/ml)至250ml基础浆料中。估计峰值浓度=2500颗粒/ml。图5显示了峰前和峰后浆料C的结果。

 

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图5,浆料C,加标粒前(蓝色)和加标粒后(红色)检测结果

这些结果证实PSS Accusizer FX是一种准确、易于使用的分析工具,用于检测CMP浆料中低浓度LPC颗粒的存在。该系统可在实验室或工厂使用。

 


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