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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：601

摘要：化學機械拋光，亦稱化學機械平面化(CMP)，是一種廣泛應用于微電子行業(yè)的工藝。這種工藝通過化學和機械組合研磨，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)之間的關系已經(jīng)被良好地建立起來，并且理想的測試系統(tǒng)應提供準確的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。

單顆粒光學傳感技術(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，然后提供準確的顆粒大小和濃度(顆粒/毫升)結果。由于顆粒是單獨檢測的，這種技術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，比標準光阻法或者光散傳感器高出200倍。結果可顯示在多達512個通路中。

該系統(tǒng)可作為標準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確的LPC數(shù)據(jù)，這對CMP漿料至關重要的。

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顆粒的技術的對比。"加標"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。確認加標顆粒的大小和濃度，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。

結果1，漿料A

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

表1. 漿料A加標前的結果

表2. 漿料A加標后的結果

圖2. 漿料A加標前（藍色）和1μm加標后（紅色）

注意在預期通道中增加了約100,000個顆粒/毫升。

結果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顯示了在加標之前未稀釋的結果。報告的濃度為20000顆粒/毫升。

圖3. 漿液B，無稀釋，無加標

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

圖4. 漿料B加標前（藍色）和加標后（紅色）

結果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被作為基礎樣品。首先用FX POU系統(tǒng)在不進行稀釋的情況下，對基礎漿料進行檢測。加標前的結果如圖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。