Химико-механична планаризация(CMP) е фундаментален процес в производството на модерно полупроводници. Той осигурява атомна плоскост по повърхностите на пластините, което позволява многослойни архитектури, по-плътно опаковане на устройства и по-надеждни добиви. CMP интегрира едновременни химични и механични действия – използвайки въртящ се тампон и специализирана полираща суспензия – за премахване на излишните филми и изглаждане на неравностите на повърхността, което е от решаващо значение за оформянето на елементите и подравняването им в интегралните схеми.
Качеството на пластините след CMP зависи силно от внимателния контрол на състава и характеристиките на полиращата суспензия. Суспензията съдържа абразивни частици, като цериев оксид (CeO₂), суспендирани в коктейл от химикали, предназначени да оптимизират както физическото износване, така и скоростта на химичните реакции. Например, цериевият оксид предлага оптимална твърдост и повърхностна химия за силициеви филми, което го прави предпочитан материал в много приложения на CMP. Ефективността на CMP се определя не само от свойствата на абразивните частици, но и от прецизното управление на концентрацията, pH и плътността на суспензията.
Химико-механична планаризация
*
Основи на полиращите суспензии в производството на полупроводници
Полиращите суспензии са от основно значение за процеса на химико-механична планаризация. Те са сложни смеси, проектирани да постигнат както механична абразия, така и химическа модификация на повърхността на пластините. Основните роли на CMP суспензиите включват ефективно отстраняване на материал, контрол на равнинността, еднородност върху големи площи на пластините и минимизиране на дефектите.
Роли и състави на полиращите суспензии
Типичната CMP суспензия съдържа абразивни частици, суспендирани в течна матрица, допълнени от химически добавки и стабилизатори. Всеки компонент играе различна роля:
- Абразиви:Тези фини, твърди частици – предимно силициев диоксид (SiO₂) или цериев оксид (CeO₂) в полупроводниковите приложения – извършват механичната част от отстраняването на материала. Тяхната концентрация и разпределение на размера на частиците контролират както скоростта на отстраняване, така и качеството на повърхността. Съдържанието на абразив обикновено варира от 1% до 5% тегловни, с диаметри на частиците между 20 nm и 300 nm, стриктно определени, за да се избегне прекомерно надраскване на пластината.
- Химически добавки:Тези агенти установяват химическата среда за ефективна планаризация. Окислителите (напр. водороден пероксид) улесняват образуването на повърхностни слоеве, които са по-лесни за абразиране. Комплексообразуващите или хелатиращи агенти (като амониев персулфат или лимонена киселина) свързват металните йони, като по този начин подобряват отстраняването и потискат образуването на дефекти. Инхибиторите се въвеждат, за да се предотврати нежелано ецване на съседни или подлежащи слоеве от пластини, подобрявайки селективността.
- Стабилизатори:Повърхностноактивните вещества и pH буферите поддържат стабилността на суспензията и равномерното ѝ разпръскване. Повърхностноактивните вещества предотвратяват агломерацията на абразива, осигурявайки хомогенни скорости на отстраняване. pH буферите позволяват постоянни скорости на химичните реакции и намаляват вероятността от слепване на частици или корозия.
Формулировката и концентрацията на всеки компонент са съобразени със специфичния материал на пластината, структурата на устройството и стъпката на процеса, участваща в процеса на химико-механична планаризация.
Често срещани суспензии: силициев диоксид (SiO₂) срещу цериев оксид (CeO₂)
Полиращи суспензии от силициев диоксид (SiO₂)доминират стъпките на оксидна планаризация, като например полиране чрез междуслойна диелектрична (ILD) и плитка траншейна изолация (STI). Те използват колоиден или димизиран силициев диоксид като абразиви, често в основна (pH ~10) среда, и понякога се допълват с незначителни повърхностноактивни вещества и инхибитори на корозия, за да се ограничат дефектите от надраскване и да се оптимизират скоростите на отстраняване. Силициевите частици се ценят заради равномерния си размер и ниската си твърдост, осигурявайки нежно и равномерно отстраняване на материал, подходящо за деликатни слоеве.
Полиращи суспензии от цериев оксид (CeO₂)се избират за сложни приложения, изискващи висока селективност и прецизност, като например полиране на крайно стъклено фолио, усъвършенствано планаризиране на фолиото и някои оксидни слоеве в полупроводникови устройства. CeO₂ абразивите проявяват уникална реактивност, особено с повърхности от силициев диоксид, което позволява както химични, така и механични механизми за отстраняване. Това двойно действие осигурява по-високи скорости на планаризиране при по-ниски нива на дефекти, което прави CeO₂ суспензиите предпочитани за стъкло, фолио за твърди дискове или възли на усъвършенствани логически устройства.
Функционално предназначение на абразиви, добавки и стабилизатори
- АбразивиИзвършете механичното абразивно действие. Размерът, формата и концентрацията им диктуват скоростта на отстраняване и повърхностното покритие. Например, равномерните силициеви абразиви с размер на частиците от 50 nm осигуряват нежно и равномерно планаризиране на оксидните слоеве.
- Химически добавки: Позволява селективно отстраняване чрез улесняване на повърхностното окисление и разтваряне. В медния CMP, глицинът (като комплексообразуващ агент) и водородният пероксид (като окислител) работят синергично, докато BTA действа като инхибитор, защитаващ свойствата на медта.
- СтабилизаториПоддържат състава на суспензията равномерен във времето. Повърхностноактивните вещества предотвратяват утаяването и агломерацията, като гарантират, че абразивните частици са равномерно разпръснати и налични за процеса.
Уникални свойства и сценарии за употреба: суспензии от CeO₂ и SiO₂
Полираща суспензия CeO₂Предлага повишена селективност между стъкло и силициев оксид поради присъщата си химическа реактивност. Той е особено ефективен за планаризиране на твърди, крехки субстрати или композитни оксидни стекове, където високата селективност на материала е от съществено значение. Това прави суспензиите CeO₂ стандартни в усъвършенстваната подготовка на субстрати, прецизната обработка на стъклото и специфичните стъпки на CMP с плитка траншейна изолация (STI) в полупроводниковата индустрия.
SiO₂ полираща суспензияОсигурява балансирана комбинация от механично и химическо отстраняване. Широко се използва за планаризация на обемни оксиди и междуслойни диелектрични пластове, където са необходими висока производителност и минимална дефектност. Еднородният, контролиран размер на частиците силициев диоксид също ограничава образуването на драскотини и осигурява превъзходно качество на крайната повърхност.
Значение на размера на частиците и еднородността на дисперсията
Размерът на частиците и еднородността на дисперсията са от решаващо значение за производителността на суспензията. Еднородните абразивни частици с нанометър гарантират постоянни скорости на отстраняване на материал и повърхност на пластината без дефекти. Агломерацията води до надраскване или непредсказуемо полиране, докато широкото разпределение на размера причинява нееднородна планаризация и повишена плътност на дефектите.
Ефективният контрол на концентрацията на суспензията – наблюдаван чрез технологии като измервател на плътността на суспензията или ултразвукови устройства за измерване на плътността на суспензията – осигурява постоянно абразивно натоварване и предвидими резултати от процеса, което пряко влияе върху добива и производителността на устройството. Постигането на прецизен контрол на плътността и равномерно разпръскване са ключови изисквания за инсталиране на оборудване за химико-механично планаризиране и оптимизиране на процесите.
В обобщение, формулирането на полиращи суспензии – особено изборът и контролът на вида абразив, размера на частиците и механизмите за стабилизиране – е в основата на надеждността и ефективността на процеса на химико-механична планаризация в приложенията на полупроводниковата индустрия.
Значение на измерването на плътността на суспензията в CMP
В процеса на химико-механична планаризация, прецизното измерване и контрол на плътността на суспензията пряко влияят върху ефективността и качеството на полирането на пластините. Плътността на суспензията – концентрацията на абразивни частици в полиращата суспензия – функционира като централен лост на процеса, оформящ скоростта на полиране, крайното качество на повърхността и общия добив на пластината.
Връзка между плътността на суспензията, скоростта на полиране, качеството на повърхността и добива на пластини
Концентрацията на абразивни частици в полираща суспензия от CeO₂ или друга формула на полираща суспензия определя колко бързо материалът се отстранява от повърхността на пластината, обикновено наричано скорост на отстраняване или скорост на отстраняване на материал (MRR). Повишената плътност на суспензията обикновено увеличава броя на абразивните контакти на единица площ, ускорявайки скоростта на полиране. Например, контролирано проучване от 2024 г. съобщава, че повишаването на концентрацията на силициеви частици до 5 тегл.% в колоидната суспензия максимизира скоростите на отстраняване за силициеви пластини с диаметър 200 mm. Тази връзка обаче не е линейна – съществува точка на намаляваща възвръщаемост. При по-високи плътности на суспензията, агломерацията на частиците причинява плато или дори намаляване на скоростта на отстраняване поради нарушен масопренос и повишен вискозитет.
Качеството на повърхността е еднакво чувствително към плътността на суспензията. При повишени концентрации дефекти като драскотини, вградени отломки и вдлъбнатини стават по-чести. Същото проучване наблюдава линейно увеличение на грапавостта на повърхността и значителна плътност на драскотини при увеличаване на плътността на суспензията над 8–10 тегл.%. Обратно, намаляването на плътността намалява риска от дефекти, но може да забави отстраняването и да компрометира равнинността.
Добивът на пластини, делът на пластините, отговарящи на спецификациите на процеса след полиране, се регулира от тези комбинирани ефекти. По-високите нива на дефекти и неравномерното отстраняване намаляват добива, подчертавайки деликатния баланс между производителност и качество в съвременното производство на полупроводници.
Влияние на малки вариации в концентрацията на суспензията върху процеса на CMP
Дори минимални отклонения от оптималната плътност на суспензията – части от процента – могат съществено да повлияят на производителността на процеса. Ако концентрацията на абразива се отклони над целевата стойност, може да се получи струпване на частици, което води до бързо износване на подложките и кондициониращите дискове, по-високи нива на надраскване на повърхността и евентуално запушване или ерозия на флуидни компоненти в оборудването за химико-механично планаризиране. Недостатъчната плътност може да остави остатъчни филми и неравни повърхностни топографии, които затрудняват последващите стъпки на фотолитография и намаляват добива.
Вариациите в плътността на суспензията също влияят върху химико-механичните реакции върху пластината, което има последващи ефекти върху дефектността и производителността на устройството. Например, по-малките или неравномерно диспергирани частици в разредени суспензии влияят върху локалните скорости на отстраняване, създавайки микротопография, която може да се разпространи като технологични грешки при производство с големи обеми. Тези тънкости изискват строг контрол на концентрацията на суспензията и надеждно наблюдение, особено в напредналите възли.
Измерване и оптимизиране на плътността на шлама в реално време
Измерването на плътността на суспензията в реално време, осъществено чрез внедряване на вградени плътномери – като например ултразвуковите плътномери на суспензията, произведени от Lonnmeter – вече е стандарт в авангардните приложения в полупроводниковата индустрия. Тези инструменти позволяват непрекъснато наблюдение на параметрите на суспензията, осигурявайки незабавна обратна връзка за колебанията в плътността, докато суспензията се движи през инструментални комплекти CMP и разпределителни системи.
Основните предимства на измерването на плътността на течния разтвор в реално време включват:
- Незабавно откриване на несъответстващи на спецификациите условия, предотвратяващо разпространението на дефекти чрез скъпи последващи процеси
- Оптимизация на процеса – позволява на инженерите да поддържат оптимален диапазон на плътност на суспензията, като максимизират скоростта на отстраняване, като същевременно минимизират дефектите
- Подобрена консистентност между пластини и партиди, което води до по-висок общ добив на производство
- Продължително здраве на оборудването, тъй като свръхконцентрираните или недостатъчно концентрираните суспензии могат да ускорят износването на полиращите подложки, миксерите и разпределителните тръби.
Местата за инсталиране на CMP оборудване обикновено преминават през контурите за вземане на проби или рециркулационните линии през измервателната зона, като се гарантира, че показанията на плътността са представителни за действителния поток, доставен към пластините.
Прецизно и в реално времеизмерване на плътността на суспензиятаформира гръбнака на надеждните методи за контрол на плътността на суспензията, поддържайки както установени, така и нови формулировки за полираща суспензия, включително сложни суспензии от цериев оксид (CeO₂) за усъвършенстван междинен слой и оксидна CMP. Поддържането на този критичен параметър е пряко свързано с производителността, контрола на разходите и надеждността на устройството по време на целия процес на химико-механична планаризация.
Принципи и технологии за измерване на плътността на шламовете
Плътността на суспензията описва масата на твърдите вещества на единица обем в полираща суспензия, като например формулировки от цериев оксид (CeO₂), използвани в химико-механичната планаризация (CMP). Тази променлива определя скоростта на отстраняване на материал, еднородността на продукцията и нивата на дефекти върху полираните пластини. Ефективното измерване на плътността на суспензията е жизненоважно за усъвършенствания контрол на концентрацията на суспензията, което пряко влияе върху добива и дефектността в приложенията в полупроводниковата индустрия.
В CMP операциите се използва гама от измерватели на плътност на суспензия, всеки от които използва различни принципи на измерване. Гравиметричните методи разчитат на събиране и претегляне на определен обем суспензия, предлагайки висока точност, но липсват възможности за измерване в реално време и ги правят непрактични за непрекъсната употреба в места за инсталиране на CMP оборудване. Електромагнитните измерватели на плътност използват електромагнитни полета, за да определят плътността въз основа на промените в проводимостта и диелектричната проницаемост, дължащи се на суспендирани абразивни частици. Вибрационните измерватели, като например вибриращи тръбни денситометри, измерват честотната характеристика на тръба, пълна със суспензия; промените в плътността влияят върху честотата на вибрациите, което позволява непрекъснато наблюдение. Тези технологии поддържат мониторинг в линията, но могат да бъдат чувствителни към замърсяване или химични вариации.
Ултразвуковите измерватели на плътност на суспензия представляват ключов технологичен напредък за наблюдение на плътността в реално време при химико-механично планаризиране. Тези инструменти излъчват ултразвукови вълни през суспензията и измерват времето на прелитане или скоростта на разпространение на звука. Скоростта на звука в дадена среда зависи от нейната плътност и концентрация на твърди вещества, което позволява прецизно определяне на свойствата на суспензията. Ултразвуковият механизъм е изключително подходящ за абразивни и химически агресивни среди, типични за CMP, тъй като е неинтрузивен и намалява замърсяването на сензора в сравнение с измервателите за директен контакт. Lonnmeter произвежда вградени ултразвукови измерватели на плътност на суспензия, пригодени за CMP линии в полупроводниковата индустрия.
Предимствата на ултразвуковите измерватели на плътност на суспензията включват:
- Неинвазивно измерване: Сензорите обикновено се инсталират външно или в байпасни клетки за поток, което минимизира смущенията в суспензията и избягва износването на сензорните повърхности.
- Възможност за работа в реално време: Непрекъснатият изход позволява незабавни корекции на процеса, като гарантира, че плътността на суспензията остава в рамките на определени параметри за оптимално качество на полиране на пластините.
- Висока прецизност и здравина: Ултразвуковите скенери предлагат стабилни и повторяеми показания, които не се влияят от колебанията в химичния състав на суспензията или натоварването с частици при продължителни инсталации.
- Интеграция с CMP оборудване: Тяхната конструкция позволява монтаж в рециркулиращи шламови линии или разпределителни колектори, рационализирайки контрола на процеса без продължителен престой.
Скорошни проучвания на случаи в производството на полупроводници отчитат намаляване на дефектите до 30%, когато вграденото ултразвуково наблюдение на плътността допълва инсталирането на оборудване за химико-механична планаризация за процесите на полиране на суспензия с цериев оксид (CeO₂). Автоматизираната обратна връзка от ултразвукови сензори позволява по-строг контрол върху формулировките на полиращата суспензия, което води до подобрена еднородност на дебелината и по-малко разхищение на материала. Ултразвуковите измерватели на плътност, когато са комбинирани с надеждни протоколи за калибриране, поддържат надеждна работа в условията на промени в състава на суспензията, които са чести при напреднали CMP операции.
В обобщение, измерването на плътността на суспензията в реално време – особено с помощта на ултразвукова технология – се е превърнало в централно място за прецизните методи за контрол на плътността на суспензията в CMP. Тези постижения директно подобряват добива, ефективността на процеса и качеството на пластините в полупроводниковата индустрия.
Разположение на инсталации и интеграция в CMP системи
Правилното измерване на плътността на суспензията е жизненоважно за контролиране на концентрацията на суспензията в процеса на химико-механична планаризация. Изборът на ефективни точки за монтаж на измерватели на плътност на суспензията пряко влияе върху точността, стабилността на процеса и качеството на пластината.
Критични фактори за избор на точки за монтаж
В CMP инсталации, плътностомерите трябва да бъдат разположени така, че да следят действително използваната суспензия за полиране на пластините. Основните места за инсталиране включват:
- Рециркулационен резервоар:Поставянето на измервателния уред на изхода дава представа за състоянието на основната течна смес преди разпределението ѝ. Това местоположение обаче може да пропусне промени, настъпващи по-надолу по течението, като например образуване на мехурчета или локални термични ефекти.
- Линии за доставка:Монтирането след смесителните устройства и преди влизане в разпределителните колектори гарантира, че измерването на плътността отразява крайната формула на суспензията, включително полираща суспензия от цериев оксид (CeO₂) и други добавки. Тази позиция позволява бързо откриване на промени в концентрацията на суспензията непосредствено преди обработката на пластините.
- Мониторинг на мястото на употреба:Оптималното местоположение е непосредствено преди вентила или инструмента в точката на използване. Това отчита плътността на суспензията в реално време и предупреждава операторите за отклонения в условията на процеса, които могат да възникнат от нагряване на линията, сегрегация или образуване на микромехурчета.
При избора на места за монтаж трябва да се вземат предвид допълнителни фактори като режим на потока, ориентация на тръбите и близост до помпи или клапани:
- Благосклонноствертикален монтажс възходящ поток, за да се сведе до минимум натрупването на въздушни мехурчета и утайки върху сензорния елемент.
- Поддържайте разстояние от няколко диаметра на тръбите между измервателния уред и основните източници на турбуленция (помпи, клапани), за да избегнете грешки при отчитане, дължащи се на смущения в потока.
- Използвайтекондициониране на потока(изправители или успокоителни секции) за оценка на измерването на плътността в стабилна ламинарна среда.
Често срещани предизвикателства и най-добри практики за надеждна интеграция на сензори
Системите за суспензия CMP представляват няколко предизвикателства за интеграция:
- Въздушно увличане и мехурчета:Ултразвуковите измерватели на плътност на суспензията могат да отчитат погрешно плътността, ако има микромехурчета. Избягвайте поставянето на сензори в близост до точки на проникване на въздух или резки промени в потока, които често се случват в близост до изпускателни отвори на помпи или смесителни резервоари.
- Утаяване:В хоризонтални линии сензорите могат да се сблъскат с утаяващи се твърди частици, особено с полираща суспензия от CeO₂. Препоръчва се вертикален монтаж или позициониране над възможните зони на утаяване, за да се поддържа точен контрол на плътността на суспензията.
- Замърсяване на сензора:CMP суспензиите съдържат абразивни и химични агенти, които могат да доведат до замърсяване или покритие на сензора. Вградените инструменти Lonnmeter са проектирани да смекчат това, но редовната проверка и почистване остават от съществено значение за надеждността.
- Механични вибрации:Близкото разположение до активни механични устройства може да предизвика шум в сензора, което да намали точността на измерване. Изберете точки на монтаж с минимално излагане на вибрации.
За най-добри резултати от интеграцията:
- Използвайте ламинарен поток за монтаж.
- Осигурете вертикално подравняване, където е възможно.
- Осигурете лесен достъп за периодична поддръжка и калибриране.
- Изолирайте сензорите от вибрации и прекъсвания на потока.
CMP
*
Стратегии за контрол на концентрацията на суспензия
Ефективният контрол на концентрацията на суспензията в процеса на химико-механична планаризация е от съществено значение за поддържане на постоянни скорости на отстраняване на материал, намаляване на дефектите на повърхността на полупроводниковите пластини и осигуряване на еднородност в полупроводниковите пластини. За постигане на тази прецизност се използват няколко метода и технологии, които поддържат както рационализирани операции, така и висок добив на устройства.
Техники и инструменти за поддържане на оптимална концентрация на суспензия
Контролът на концентрацията на суспензията започва с наблюдение в реално време както на абразивни частици, така и на химични вещества в полиращата суспензия. За полираща суспензия от цериев оксид (CeO₂) и други CMP формулировки, директните методи, като например измерване на плътността на суспензията в потока, са от основно значение. Ултразвуковите измерватели на плътността на суспензията, като тези, произведени от Lonnmeter, осигуряват непрекъснати измервания на плътността на суспензията, която силно корелира с общото съдържание на твърди вещества и еднородността им.
Допълнителните техники включват анализ на мътността – при който оптичните сензори откриват разсейване от суспендирани абразивни частици – и спектроскопски методи като UV-Vis или близка инфрачервена (NIR) спектроскопия за количествено определяне на ключови реагенти в потока от суспензия. Тези измервания формират основата на системите за контрол на процеса на CMP, позволявайки корекции в реално време за поддържане на целевите прозорци на концентрация и минимизиране на вариабилността между партидите.
Електрохимичните сензори се използват във формулировки, богати на метални йони, като осигуряват бърза информация за специфични йонни концентрации и подпомагат по-нататъшното фино настройване в напреднали приложения в полупроводниковата индустрия.
Обратна връзка и автоматизация за управление със затворен контур
Съвременните инсталации за химико-механично планаризиране все по-често използват затворени системи за управление, които свързват вградената метрология с автоматизирани системи за дозиране. Данните от измервателите на плътност на суспензията и свързаните с тях сензори се подават директно към програмируеми логически контролери (PLC) или разпределени системи за управление (DCS). Тези системи автоматично задействат клапани за добавяне на добавъчна вода, дозиране на концентрирана суспензия и дори инжектиране на стабилизатор, като гарантират, че процесът остава в рамките на необходимия работен диапазон по всяко време.
Тази архитектура за обратна връзка позволява непрекъсната корекция на всякакви отклонения, открити от сензори в реално време, като се избягва прекомерно разреждане, запазва се оптимална концентрация на абразива и се намалява прекомерната употреба на химикали. Например, във високопроизводителен CMP инструмент за усъвършенствани пластинкови възли, вграден ултразвуков измервател на плътност на суспензията ще открие спад в концентрацията на абразива и незабавно ще сигнализира на дозиращата система да увеличи подаването на суспензия, докато плътността се върне до зададената стойност. Обратно, ако измерената плътност надвиши спецификацията, управляващата логика инициира добавяне на добавъчна вода, за да се възстановят правилните концентрации.
Ролята на измерването на плътността при регулиране на скоростта на добавяне на допълваща вода и суспензия
Измерването на плътността на суспензията е ключов елемент в активния контрол на концентрацията. Стойността на плътността, предоставена от инструменти като вградените плътномери на Lonnmeter, директно информира за два критични оперативни параметъра: обем на добавъчната вода и скорост на подаване на концентрирана суспензия.
Чрез разполагане на плътностомери на стратегически места – например преди входа на инструмента за CMP или след смесителя на мястото на използване – данните в реално време позволяват на автоматизираните системи да регулират скоростта на добавяне на добавъчна вода, като по този начин разреждат суспензията до желаните спецификации. Едновременно с това системата може да модулира скоростта на подаване на концентрирана суспензия, за да поддържа прецизно концентрациите на абразив и химикали, отчитайки използването на инструмента, ефектите от стареенето и загубите, причинени от процеса.
Например, по време на продължителни цикли на планаризация за 3D NAND структури, непрекъснатото наблюдение на плътността открива тенденции в агрегация или утаяване на суспензията, което води до автоматично увеличаване на количеството добавъчна вода или разбъркване, както е необходимо за стабилност на процеса. Този строго регулиран контролен цикъл е от основно значение за поддържането на строги цели за еднородност между пластините и в рамките на една пластина, особено когато размерите на устройството и прозорците на процеса се стесняват.
В обобщение, стратегиите за контрол на концентрацията на суспензия в CMP разчитат на комбинация от усъвършенствани измервания в линията и автоматизирани реакции в затворен контур. Уредите за измерване на плътност на суспензията, особено ултразвуковите устройства като тези на Lonnmeter, играят централна роля в предоставянето на висококачествени и навременни данни, необходими за стриктно управление на процесите в критични етапи от производството на полупроводници. Тези инструменти и методологии минимизират променливостта, поддържат устойчивостта чрез оптимизиране на използването на химикали и позволяват постигането на прецизност, необходима за съвременните технологии за възли.
Ръководство за избор на измервател на плътност на суспензия за полупроводниковата индустрия
Изборът на измервател на плътност на суспензия за химико-механична планаризация (CMP) в полупроводниковата индустрия изисква внимателно внимание към редица технически изисквания. Ключовите критерии за производителност и приложение включват чувствителност, точност, съвместимост с агресивни химични съединения на суспензии и лекота на интегриране в системи за подаване на CMP суспензия и инсталации на оборудване.
Изисквания за чувствителност и точност
Контролът на процеса на CMP зависи от малки вариации в състава на суспензията. Плътномерът трябва да открива минимални промени от 0,001 g/cm³ или по-добри. Това ниво на чувствителност е от съществено значение за идентифициране дори на много малки промени в съдържанието на абразив – като тези, открити в полираща суспензия CeO₂ или суспензии на основата на силициев диоксид – тъй като те влияят на скоростта на отстраняване на материал, равнинността на пластините и дефектността. Типичен приемлив диапазон на точност за плътномери за полупроводникови суспензии е ±0,001–0,002 g/cm³.
Съвместимост с агресивни шламове
Суспензиите, използвани в CMP, могат да съдържат абразивни наночастици като цериев оксид (CeO₂), алуминиев оксид или силициев диоксид, суспендирани в химически активна среда. Плътномерът трябва да издържа на продължително излагане както на физическа абразия, така и на корозивни среди, без да се отклонява от калибрирането или да се замърсява. Материалите, използвани в мокрите части, трябва да са инертни към всички често използвани химикали на суспензиите.
Лесна интеграция
Вградените измерватели на плътност на суспензията трябва да се вписват лесно в съществуващите инсталации на оборудване за CMP. Съображенията включват:
- Минимален мъртъв обем и нисък пад на налягането, за да се избегне повлияване на подаването на суспензия.
- Поддръжка на стандартни индустриални технологични връзки за бърз монтаж и поддръжка.
- Съвместимост на изходите (напр. аналогови/цифрови сигнали) за интеграция в реално време със системи за контрол на концентрацията на суспензия, но без да се осигуряват самите тези системи.
Сравнителни характеристики на водещите сензорни технологии
Контролът на плътността на полиращите суспензии се управлява главно чрез два класа сензори: денситометрични и рефрактометрични. Всеки от тях има предимства, свързани с приложенията в полупроводниковата индустрия.
Денситометрични измервателни уреди (напр. ултразвуков измервател на плътност на суспензия)
- Използва скоростта на разпространение на звука през суспензията, пряко свързана с плътността.
- Осигурява висока линейност при измерване на плътността в диапазон от концентрации на шлам и видове абразиви.
- Подходящ за агресивни полиращи суспензии, включително CeO₂ и силициеви формули, тъй като сензорните елементи могат да бъдат физически изолирани от химикали.
- Типичната чувствителност и точност отговарят на изискването за под 0,001 g/cm³.
- Обикновено инсталацията е вградена, което позволява непрекъснато измерване в реално време по време на работа на оборудването за химико-механична планаризация.
Рефрактометрични измервателни уреди
- Измерва коефициента на пречупване, за да определи плътността на суспензията.
- Ефективен за откриване на фини промени в състава на суспензията поради висока чувствителност към промени в концентрацията; способен да разрешава промени в масовата фракция <0,1%.
- Въпреки това, индексът на пречупване е чувствителен към променливи на околната среда като температура, което налага внимателно калибриране и температурна компенсация.
- Може да има ограничена химическа съвместимост, особено в силно агресивни или непрозрачни суспензии.
Метрология на размера на частиците като допълнение
- Показанията на плътността могат да бъдат изкривени от промени в разпределението на размера на частиците или агломерацията.
- Интегрирането с периодичен анализ на размера на частиците (напр. динамично разсейване на светлината или електронна микроскопия) се препоръчва от най-добрите практики в индустрията, като се гарантира, че промените в видимата плътност не се дължат единствено на агломерация на частиците.
Съображения за вградени плътностмери Lonnmeter
- Lonnmeter е специализирана в производството на вградени измерватели на плътност и вискозитет, без да предоставя поддържащ софтуер или системни интеграции.
- Лонметрите могат да бъдат специфицирани да издържат на абразивни, химически активни CMP суспензии и са проектирани за директен монтаж в полупроводниково технологично оборудване, отговаряйки на нуждите за измерване на плътността на суспензията в реално време.
Когато преглеждате опциите, фокусирайте се върху основните критерии за приложение: уверете се, че плътността на измервателния уред постига необходимата чувствителност и точност, е изработен от материали, съвместими с химичния състав на вашата суспензия, издържа на непрекъсната работа и се интегрира безпроблемно в линиите за подаване на полираща суспензия в процеса на CMP. За полупроводниковата индустрия прецизното измерване на плътността на суспензията е в основата на еднородността на пластините, добива и производствената производителност.
Влияние на ефективния контрол на плътността на суспензията върху резултатите от CMP
Прецизният контрол на плътността на суспензията е от решаващо значение в процеса на химико-механично планаризиране. Когато плътността се поддържа постоянна, количеството абразивни частици, присъстващи по време на полиране, остава стабилно. Това пряко влияе върху скоростта на отстраняване на материал (MRR) и качеството на повърхността на пластината.
Намаляване на дефектите на повърхността на пластините и подобрена WIWNU
Доказано е, че поддържането на оптимална плътност на суспензията минимизира дефектите по повърхността на пластините, като микродраскотини, вдлъбнатини, ерозия и замърсяване с частици. Изследвания от 2024 г. показват, че контролиран диапазон на плътност, обикновено между 1 тегл.% и 5 тегл.% за формулировки на базата на колоиден силициев диоксид, води до най-добрия баланс между ефективността на отстраняване и минимизирането на дефектите. Прекалено високата плътност увеличава абразивните сблъсъци, което води до двукратно до трикратно увеличение на броя на дефектите на квадратен сантиметър, както е потвърдено от атомно-силова микроскопия и елипсометрични анализи. Строгият контрол на плътността също така подобрява нееднородността в рамките на пластината (WIWNU), като гарантира, че материалът се отстранява равномерно по цялата пластина, което е от съществено значение за усъвършенстваните полупроводникови устройства с възли. Постоянната плътност помага за предотвратяване на отклонения в процеса, които биха могли да застрашат целите за дебелината на филма или плоскостта.
Удължаване на живота на суспензията и намаляване на разходите за консумативи
Техниките за контрол на концентрацията на суспензията, включително наблюдение в реално време с ултразвукови измерватели на плътността на суспензията, удължават полезния живот на полиращата суспензия CMP. Чрез предотвратяване на предозиране или прекомерно разреждане, оборудването за химико-механична планаризация постига оптимално използване на консумативите. Този подход намалява честотата на подмяна на суспензията и позволява стратегии за рециклиране, намалявайки общите разходи. Например, при приложенията за полираща суспензия с CeO₂, внимателното поддържане на плътността позволява рекондициониране на партиди суспензия и минимизира обема на отпадъците, без да се жертва производителността. Ефективният контрол на плътността позволява на технологичните инженери да възстановяват и използват повторно полираща суспензия, която остава в рамките на приемливите прагове на производителност, което допълнително води до икономии на разходи.
Подобрена повторяемост и контрол на процеса за усъвършенствано производство на възли
Съвременните приложения в полупроводниковата индустрия изискват висока повторяемост в стъпката на химико-механично планаризиране. При производството на усъвършенствани възли, дори малки колебания в плътността на суспензията могат да доведат до неприемливи вариации в резултатите от производството на пластини. Автоматизацията и интегрирането на вградени ултразвукови измерватели на плътност на суспензията – като тези, произведени от Lonnmeter – улесняват непрекъснатата обратна връзка в реално време за контрол на процеса. Тези инструменти предоставят точни измервания в тежки химически среди, типични за CMP, поддържайки затворени системи, които реагират незабавно на отклонения. Надеждното измерване на плътността означава по-голяма еднородност от пластина до пластина и по-строг контрол върху MRR, което е жизненоважно за производството на полупроводници с размер под 7 nm. Правилното инсталиране на оборудването – правилно позициониране в линията за подаване на суспензия – и редовната поддръжка са от съществено значение, за да се гарантира надеждното функциониране на измервателните уреди и да се предоставят данни, критични за стабилността на процеса.
Поддържането на адекватна плътност на суспензията е от основно значение за максимизиране на добива на продукта, минимизиране на дефектите и осигуряване на рентабилно производство в CMP процесите.
Често задавани въпроси (ЧЗВ)
Каква е функцията на измервател на плътност на суспензията в процеса на химико-механична планаризация?
Уредът за измерване на плътността на полиращата суспензия играе ключова роля в процеса на химико-механично планаризиране, като непрекъснато измерва плътността и концентрацията на полиращата суспензия. Основната му функция е да предоставя данни в реално време за абразивния и химичния баланс в суспензията, като гарантира, че и двете са в точни граници за оптимално планаризиране на пластината. Този контрол в реално време предотвратява дефекти като надраскване или неравномерно отстраняване на материал, често срещани при прекалено или недостатъчно разредени смеси от суспензии. Постоянната плътност на суспензията помага за поддържане на възпроизводимост в производствените цикли, минимизира вариациите от пластина до пластина и подпомага оптимизацията на процеса чрез задействане на коригиращи действия, ако бъдат открити отклонения. В усъвършенстваното производство на полупроводници и приложенията с висока надеждност, непрекъснатото наблюдение също така намалява отпадъците и подкрепя строги мерки за осигуряване на качеството.
Защо полиращата суспензия CeO₂ е предпочитана за определени стъпки на планаризация в полупроводниковата индустрия?
Полиращата суспензия от цериев оксид (CeO₂) е избрана за специфични стъпки на планаризация на полупроводници поради изключителната си селективност и химичен афинитет, особено за стъклени и оксидни филми. Нейните равномерни абразивни частици водят до висококачествена планаризация с много нисък процент на дефекти и минимално надраскване на повърхността. Химичните свойства на CeO₂ позволяват стабилни и повтаряеми скорости на отстраняване, които са от съществено значение за напреднали приложения като фотоника и интегрални схеми с висока плътност. Освен това, суспензията от CeO₂ е устойчива на агломерация, поддържайки постоянна суспензия дори по време на продължителни CMP операции.
Как работи ултразвуковият измервател на плътност на суспензията в сравнение с други видове измервания?
Ултразвуковият измервател на плътност на суспензия работи чрез предаване на звукови вълни през суспензията и измерване на скоростта и затихването на тези вълни. Плътността на суспензията влияе пряко върху скоростта на движение на вълните и степента, до която интензитетът им намалява. Този подход на измерване е неинвазивен и предоставя данни за концентрацията на суспензията в реално време, без да е необходимо изолиране или физическо прекъсване на технологичния поток. Ултразвуковите методи показват по-малка чувствителност към променливи като скорост на потока или размер на частиците в сравнение с механичните (базирани на поплавък) или гравиметричните системи за измерване на плътността. При химико-механичната планаризация това се превръща в надеждни и стабилни измервания дори в суспензии с висок поток, богати на частици.
Къде обикновено трябва да се инсталират измерватели на плътност на суспензията в система за CMP?
Оптималните места за монтаж на измервател на плътност на суспензия в оборудване за химико-механична планаризация включват:
- Рециркулационният резервоар: за непрекъснато наблюдение на общата плътност на течния оборски разтвор преди разпределението му.
- Преди доставка до полиращата подложка на мястото на употреба: за да се гарантира, че доставената суспензия отговаря на спецификациите за целевата плътност.
- След точките на смесване на суспензията: гарантиране, че новоприготвените партиди отговарят на изискваните формулировки, преди да влязат в технологичния цикъл.
Тези стратегически позиции позволяват бързо откриване и коригиране на всяко отклонение в концентрацията на суспензията, предотвратявайки компрометирано качество на пластините и прекъсвания на процеса. Разположението се определя от динамиката на потока на суспензията, типичното поведение на смесване и необходимостта от незабавна обратна връзка в близост до планаризационната площадка.
Как прецизният контрол на концентрацията на суспензията подобрява производителността на процеса на CMP?
Прецизният контрол на концентрацията на суспензията подобрява процеса на химико-механична планаризация, като осигурява равномерни скорости на отстраняване, минимизира вариациите в съпротивлението на листа и намалява честотата на повърхностните дефекти. Стабилната плътност на суспензията удължава живота както на полиращия диск, така и на пластината, като предотвратява прекомерната или недостатъчната употреба на абразив. Тя също така намалява разходите за процес, като оптимизира разхода на суспензия, намалява преработката и поддържа по-висок добив на полупроводникови устройства. Особено при усъвършенстваното производство и производството на квантови устройства, стриктният контрол на суспензията поддържа възпроизводима плоскост, постоянни електрически характеристики и намалени течове в различните архитектури на устройствата.
Време на публикуване: 09 декември 2025 г.
