1. Контекстуализиране на напредналиPполиране
Какво е CMP в полупроводниците?
Химико-механичното полиране (ХМП), известно още като химико-механична планаризация, представлява една от най-технологично трудни и финансово критични операции в съвременното производство на полупроводници. Тази специализирана процедура действа като незаменим хибриден процес, като щателно изглажда повърхностите на полупроводниковите пластини чрез синергично приложение на химическо ецване и силно контролирана физическа абразия. Използвана широко в производствения цикъл, ХМП е от съществено значение за подготовката на полупроводниковите пластини за следващи слоеве, като директно позволява интеграцията с висока плътност, изисквана от съвременните архитектури на устройства.
CMP в полупроводниковия процес
*
Дълбоката необходимост отхимико-механично полиранее вкоренен във физическите изисквания на съвременната литография. Тъй като характеристиките на интегралните схеми се свиват и множество слоеве се подреждат вертикално, способността на процеса равномерно да отстранява материал и да установява глобално равнинна повърхност става абсолютно критична. Динамичната полираща глава е проектирана да се върти по различни оси, като щателно изравнява неравномерната топография по пластината. За успешно пренасяне на шаблони, особено с авангардни техники като литография с екстремно ултравиолетово (EUV) облъчване, цялата обработена повърхност трябва да попада в изключително тясна дълбочина на рязкост – геометрично ограничение, което изисква равнинност на ниво Ангстрьом за съвременните технологии под 22 nm. Без планаризиращата сила на...CMP полупроводников процес, последващите стъпки на фотолитография биха довели до грешки в подравняването, изкривявания на шаблона и катастрофални отклонения в добива.
Широко разпространеното приемане на CMP (метализиран метал с мед) беше значително обусловено от преминаването на индустрията от конвенционални алуминиеви проводници към високоефективни медни връзки. Медната метализация използва адитивен процес на моделиране, техниката Damascene, която основно разчита на уникалната способност на CMP селективно и равномерно да отстранява излишната мед и последователно да спира действието на отстраняване точно на границата между метала и оксидния изолационен слой. Това високоселективно отстраняване на материал подчертава деликатния химичен и механичен баланс, който определя процеса, баланс, който веднага се нарушава дори от малки колебания в полиращата среда.
Функции на CMP в полупроводниковия процес
Задължителното изискване за ултраниска топографска вариация не е периферна цел, а пряка функционална предпоставка за надеждна работа на устройството, осигуряваща правилен поток на ток, разсейване на топлината и функционално подравняване в многослойни структури. Основната задача на CMP е управлението на топографията, установявайки необходимата плоскост за всички последващи критични стъпки на обработка.
Конкретното приложение диктува избора на материали и съответните имформула на суспензияРазработени са CMP процеси за обработка на различни материали, включително волфрам, мед, силициев диоксид (SiO2) и силициев нитрид (SiN). Суспензиите са щателно оптимизирани за висока ефективност на планаризация и изключителна селективност на материала в широк спектър от приложения, включително изолация на плитки траншеи (STI) и междуслойни диелектрици (ILD). Например, високофункционалната цериева суспензия се използва специално за ILD приложения поради превъзходните си характеристики при стъпково сплескване, еднородност и намаляване на честотата на дефектите. Високоспециализираният характер на тези суспензии потвърждава, че нестабилността на процеса, произтичаща от вариации в динамиката на флуидите на полиращата среда, незабавно ще наруши основните изисквания за селективно отстраняване на материал.
2. Критичната роля на здравето на шлама от CMP
CMP в полупроводниковия процес
Устойчивата ефективност напроцес на химико-механично полиране (CMP)зависи изцяло от постоянното доставяне и производителност на суспензията, която действа като ключова среда, улесняваща както необходимите химични реакции, така и механичното износване. Тази сложна течност, характеризираща се като колоидна суспензия, трябва непрекъснато и равномерно да доставя основните си компоненти, включително химичните агенти (окислители, ускорители и инхибитори на корозията) и наноразмерните абразивни частици, към динамичната повърхност на пластината.
Съставът на суспензията е проектиран да предизвика специфична химическа реакция: оптималният процес се основава на образуването на пасивиращ, неразтворим оксиден слой върху целевия материал, който след това се отстранява механично от абразивните частици. Този механизъм придава необходимата висока повърхностна топографска селективност, от съществено значение за ефективна планаризация, като концентрира действието на отстраняване върху високите точки или издатини. За разлика от това, ако химическата реакция произвежда разтворимо оксидно състояние, отстраняването на материала е изотропно, като по този начин се елиминира необходимата топографска селективност. Физическите компоненти на суспензията обикновено се състоят от абразивни частици (напр. силициев диоксид, церий) с размер от 30 до 200 nm, суспендирани в концентрации между 0,3 и 12 тегловни процента твърди вещества.
CMP суспензионен полупроводник
Поддържане на здравето наCMP суспензионен полупроводникизисква непрестанно характеризиране и контрол през целия си жизнен цикъл, тъй като всяко влошаване по време на обработка или циркулация може да доведе до значителни финансови загуби. Качеството на крайната полирана пластина, определено от нейната наномащабна гладкост и нива на дефекти, е пряко свързано с целостта на разпределението на размера на частиците (PSD) на суспензията и общата стабилност.
Специализираният характер на различнитевидове CMP суспензияозначава, че наноразмерните частици се стабилизират чрез деликатни отблъскващи електростатични сили в суспензията. Суспензиите често се доставят в концентрирана форма и изискват прецизно разреждане и смесване с вода и окислители на мястото на производство. Важно е да се отбележи, че разчитането на статични съотношения на смесване е фундаментално погрешно, тъй като входящият концентриран материал показва присъщи вариации в плътността от партида до партида.
За контрол на процесите, макар директният анализ на PSD и дзета потенциала (колоидна стабилност) да е жизненоважен, тези техники обикновено се свеждат до периодичен, офлайн анализ. Оперативната реалност на HVM среда изисква обратна връзка в реално време и мигновено. Следователно, плътността и вискозитетът служат като най-ефективните и приложими показатели за състоянието на шлама. Плътността осигурява бързо и непрекъснато измерване на общата концентрация на абразивни твърди вещества в средата. Вискозитетът е също толкова важен, действайки като високочувствителен индикатор за колоидното състояние и термичната цялост на флуида. Нестабилният вискозитет често сигнализира за абразивни частици.агломерацияили рекомбинация, особено при динамични условия на срязване. Следователно, непрекъснатото наблюдение и контрол на тези два реологични параметъра осигуряват незабавната, действаща обратна връзка, необходима за проверка дали суспензията поддържа определеното си химично и физично състояние в точката на потребление.
3. Анализ на механичните повреди: Причини за дефектите
Отрицателни въздействия, причинени от колебанията в плътността и вискозитета на CMP
Променливостта на процеса е призната за най-големия фактор за риска от добив при високопроизводителни процеси.CMP в производството на полупроводнициХарактеристиките на суспензията, наричани общо „състояние на суспензията“, са силно податливи на промени, предизвикани от срязване при изпомпване, температурни колебания и несъответствия при смесване. Появите на повреди, произтичащи от системата за поток на суспензията, са различни от чисто механични проблеми, но и двете водят до критични бракувания на пластини и често се откриват твърде късно от системите за контрол на крайните точки след обработката.
Наличието на прекомерно големи частици или агломерати вCMP полупроводникМатериалът е доказуемо свързан със създаването на микродраскотини и други фатални дефекти по полираната повърхност на пластината. Колебанията в ключовите реологични параметри – вискозитет и плътност – са непрекъснатите, водещи индикатори, че целостта на суспензията е нарушена, инициирайки механизма на образуване на дефекти.
Колебания във вискозитета на суспензията (напр. водещи до агломерация, променено срязване)
Вискозитетът е термодинамично свойство, което управлява поведението на потока и динамиката на триене на полиращия интерфейс, което го прави изключително чувствителен към околната среда и механично напрежение.
Химичните и физичните характеристики наполупроводник с вискозитет на суспензияСистемата е силно зависима от контрола на температурата. Изследванията потвърждават, че дори скромна промяна от 5°C в температурата на процеса може да доведе до приблизително 10% намаление на вискозитета на суспензията. Тази промяна в реологията влияе пряко върху дебелината на хидродинамичния филм, отделящ пластината от полиращата подложка. Намаленият вискозитет води до недостатъчно смазване, което води до повишено механично триене, основна причина за микродраскотини и ускорено износване на подложката.
Критичен път на разграждане включва групиране на частици, индуцирано от срязване. Суспензиите на основата на силициев диоксид поддържат разделянето на частиците чрез деликатни електростатични сили на отблъскване. Когато суспензията се сблъска с високи напрежения на срязване – обикновено генерирани от неправилни конвенционални центробежни помпи или обширна рециркулация в разпределителния контур – тези сили могат да бъдат преодолени, което води до бързо и необратимоагломерацияна абразивни частици. Получените големи агрегати действат като инструменти за микро-вдлъбване, директно създавайки катастрофални микродраскотини по повърхността на пластината. Вискозиметрията в реално време е необходимият механизъм за обратна връзка за откриване на тези събития, осигурявайки решаваща проверка на „нежността“ на помпената и разпределителната система, преди да се получи генериране на мащабни дефекти.
Получената вариация във вискозитета също сериозно компрометира ефективността на планаризацията. Тъй като вискозитетът е основен фактор, влияещ върху коефициента на триене по време на полиране, неравномерният профил на вискозитета ще доведе до непостоянни скорости на отстраняване на материал. Локализираното увеличение на вискозитета, особено при високи скорости на срязване, възникващи върху изпъкналите части на топографията на пластината, променя динамиката на триенето и подкопава целта на планаризацията, което в крайна сметка води до топографски дефекти като вдлъбнатини и ерозия.
Колебания в плътността на суспензията
Плътността на суспензията е бърз и надежден индикатор за общата концентрация на абразивни твърди частици, суспендирани във флуида. Колебанията в плътността сигнализират за неравномерно подаване на суспензия, което е неразривно свързано с промени в скоростта на отстраняване на материал (MRR) и образуването на дефекти.
Работните среди изискват динамична проверка на състава на суспензията. Разчитането единствено на добавяне на определени количества вода и окислител към входящите концентрирани партиди е недостатъчно, тъй като плътността на суровината често варира, което води до противоречиви резултати от процеса на главата на инструмента. Освен това, абразивните частици, особено частиците от цериев оксид с по-висока концентрация, са обект на утаяване, ако скоростта на потока или колоидната стабилност са недостатъчни. Това утаяване създава локализирани градиенти на плътност и агрегация на материала в тръбопроводите, което сериозно компрометира способността за доставяне на постоянно абразивно натоварване.
How DгъстотаDотклоненияAffи др. ManУФАКтурингProcess?.
Преките последици от нестабилната плътност на суспензията се проявяват като критични физически дефекти върху полираната повърхност:
Неравномерни скорости на отстраняване (WIWNU):Вариациите в плътността се превръщат директно в вариации в концентрацията на активни абразивни частици, присъстващи на полиращия интерфейс. По-ниска от специфицираната плътност показва намалена концентрация на абразива, което води до намален MRR и създава неприемлива нееднородност в рамките на пластината (WIWNU). WIWNU подкопава фундаменталното изискване за планаризация. Обратно, локализираната висока плътност увеличава ефективното натоварване на частиците, което води до прекомерно отстраняване на материал. Строгият контрол върху плътността осигурява постоянно доставяне на абразив, което корелира силно със стабилни сили на триене и предвидим MRR.
Питинг поради локализирани абразивни вариации:Високите локални концентрации на абразивни твърди частици, често поради утаяване или неадекватно смесване, водят до локализирани високи натоварвания на частица върху повърхността на пластината. Когато абразивните частици, особено цериевия диоксид, се прилепват здраво към оксидния стъклен слой и са налице повърхностни напрежения, механичното натоварване може да предизвика счупване на стъкления слой, което води до дълбоки, остри ръбове.хлъзганедефекти. Тези абразивни вариации могат да бъдат причинени от нарушена филтрация, която позволява преминаването на прекалено големи агрегати (частици по-големи от $0.5\ \μ m$), в резултат на лошо суспензиране на частиците. Мониторингът на плътността осигурява жизненоважна, допълваща система за предупреждение към броячите на частици, позволявайки на технологичните инженери да открият началото на абразивно струпване и да стабилизират абразивното натоварване.
Образуване на остатъци от лоша суспензия на частици:Когато суспензията е нестабилна, което води до високи градиенти на плътност, твърдият материал ще се натрупва в архитектурата на потока, което ще доведе до вълни на плътност и агрегация на материала в разпределителната система.17Освен това, по време на полирането, суспензията трябва ефективно да отвежда както продуктите от химичните реакции, така и остатъците от механично износване. Ако суспензията на частиците или динамиката на флуидите са лоши поради нестабилност, тези остатъци не се отстраняват ефективно от повърхността на пластината, което води до частици и химикали след CMP.остатъкдефекти. Стабилната суспензия на частиците, осигурена чрез непрекъснат реологичен мониторинг, е задължителна за чисто и непрекъснато евакуиране на материала.
Научете повече за измервателите на плътност
Още онлайн измервателни уреди за процеси
4. Техническо превъзходство на вградената метрология
Вградени денситометри и вискозиметри Lonnmeter
За успешното стабилизиране на процеса на летлив CMP е от съществено значение непрекъснатото, неинвазивно измерване на параметрите на здравето на течния разтвор.Вградени денситометри и вискозиметри Lonnmeterизползват високотехнологична резонансна сензорна технология, осигуряваща превъзходна производителност в сравнение с традиционните, склонни към латентност метрологични устройства. Тази възможност позволява безпроблемно и непрекъснато наблюдение на плътността, директно интегрирано в пътя на потока, което е от решаващо значение за спазване на строгите стандарти за чистота и точност на смесване на съвременните под-28nm технологични възли.
Опишете подробно техните основни технологични принципи, прецизност на измерване, скорост на реакция, стабилност, надеждност в тежки CMP среди и ги разграничете от традиционните офлайн методи.
Ефективната автоматизация на процесите изисква сензори, проектирани да работят надеждно при динамични условия на висок поток, високо налягане и излагане на абразивни химикали, осигурявайки незабавна обратна връзка за системите за управление.
Основни технологични принципи: Предимството на резонатора
Инструментите Lonnmeter използват надеждни резонансни технологии, специално проектирани да смекчат присъщите уязвимости на традиционните U-образни денситометри с тесен отвор, които са известни с проблематичността си при работа с абразивни колоидни суспензии.
Измерване на плътност:Theизмервател на плътността на суспензиятаизползва изцяло заварен вибриращ елемент, обикновено вилков възел или коаксиален резонатор. Този елемент се стимулира пиезоелектрически, за да осцилира с характерната си естествена честота. Промените в плътността на околната течност причиняват прецизно изместване на тази естествена честота, което позволява директно и високонадеждно определяне на плътността.
Измерване на вискозитет:TheВискозиметър за суспензия в процесаизползва издръжлив сензор, който осцилира във флуида. Дизайнът гарантира, че измерването на вискозитета е изолирано от ефектите на обемния поток на флуида, осигурявайки присъща мярка за реологията на материала.
Оперативна производителност и устойчивост
Вградената резонансна метрология предоставя критични показатели за производителност, необходими за строг контрол на HVM:
Прецизност и скорост на реакция:Вградените системи осигуряват висока повторяемост, често постигайки по-добра от 0,1% за вискозитет и точност на плътността до 0,001 g/cc. За надежден контрол на процеса, тази висока...прецизност– способността за постоянно измерване на една и съща стойност и надеждно откриване на малки отклонения – често е по-ценна от пределната абсолютна точност. От решаващо значение е сигналътвреме за реакцияза тези сензори е изключително бързо, обикновено около 5 секунди. Тази почти мигновена обратна връзка позволява незабавно откриване на повреди и автоматизирани корекции в затворен контур, което е основно изискване за предотвратяване на отклонения.
Стабилност и надеждност в тежки условия:CMP суспензиите са по своята същност агресивни. Съвременните вградени инструменти са създадени за устойчивост, използвайки специфични материали и конфигурации за директен монтаж в тръбопроводи. Тези сензори са проектирани да работят в широк диапазон от налягания (напр. до 6,4 MPa) и температури (до 350 ℃). Конструкцията без U-образна тръба минимизира мъртвите зони и рисковете от запушване, свързани с абразивни среди, като по този начин увеличава максимално времето за работа на сензора и експлоатационната му надеждност.
Разграничение от традиционните офлайн методи
Функционалните разлики между автоматизираните вградени системи и ръчните офлайн методи определят разликата между реактивния контрол на дефектите и проактивната оптимизация на процесите.
| Критерий за мониторинг | Офлайн (лабораторно вземане на проби/U-образен денситометър) | Вграден (денситометър/вискозиметър с лонметър) | Въздействие на процеса |
| Скорост на измерване | Закъснение (часове) | В реално време, Непрекъснат (време за реакция често 5 секунди) | Позволява превантивен контрол на процеса в затворен контур. |
| Последователност/прецизност на данните | Ниско (Податливо на ръчни грешки, влошаване на пробата) | Висока (автоматизирана, висока повторяемост/прецизност) | По-строги ограничения за контрол на процесите и намалени фалшиви положителни резултати. |
| Съвместимост с абразиви | Висок риск от запушване (тесен U-образен отвор) | Нисък риск от запушване (здрава конструкция на резонатора без U-образна тръба) | Максимално време на работа и надеждност на сензора в абразивни среди. |
| Възможност за откриване на повреди | Реактивен (открива отклонения, възникнали часове по-рано) | Проактивен (следи динамичните промени, открива отклонения рано) | Предотвратява катастрофални бракувания на пластини и отклонения в добива. |
Таблица 3: Сравнителен анализ: Вградена спрямо традиционна метрология на суспензия
Традиционният офлайн анализ изисква процес на извличане и транспортиране на пробата, което по своята същност въвежда значително забавяне във времето в метрологичния цикъл. Това забавяне, което може да продължи часове, гарантира, че когато най-накрая се открие отклонение, голям обем пластини вече е компрометиран. Освен това, ръчната обработка въвежда променливост и рискува деградация на пробата, особено поради температурни промени след вземането на пробата, което може да изкриви показанията на вискозитета.
Вградената метрология елиминира това изтощително забавяне, осигурявайки непрекъснат поток от данни директно от разпределителната линия. Тази скорост е от основно значение за откриване на повреди; когато се комбинира със здравия, незапушващ дизайн, от съществено значение за абразивните материали, тя осигурява надежден поток от данни за стабилизиране на цялата разпределителна система. Докато сложността на CMP изисква наблюдение на множество параметри (като индекс на пречупване или pH), плътността и вискозитетът осигуряват най-директната обратна връзка в реално време за фундаменталната физическа стабилност на абразивната суспензия, която често е нечувствителна към промени в параметри като pH или окислително-редукционен потенциал (ORP) поради химическо буфериране.
5. Икономически и оперативни императиви
Предимства на мониторинга на плътността и вискозитета в реално време
За всяка усъвършенствана производствена линия, къдетоCMP в полупроводниковия процессе използва, успехът се измерва с непрекъснато подобряване на добива, максимална стабилност на процеса и стриктно управление на разходите. Реологичният мониторинг в реално време осигурява основната инфраструктура от данни, необходима за постигане на тези търговски императиви.
Подобрява стабилността на процеса
Непрекъснатото, високопрецизно наблюдение на суспензията гарантира, че критичните параметри на суспензията, доставяна до точката на употреба (POU), остават в изключително строги контролни граници, независимо от шума от процеса нагоре по веригата. Например, предвид променливостта в плътността, присъща на входящите партиди сурова суспензия, простото следване на рецепта е недостатъчно. Чрез наблюдение на плътността в резервоара на смесителя в реално време, системата за управление може динамично да регулира съотношенията на разреждане, като гарантира, че точната целева концентрация се поддържа по време на целия процес на смесване. Това значително намалява променливостта на процеса, произтичаща от непоследователни суровини, което води до силно предвидима производителност на полиране и драстично намалява честотата и мащаба на скъпоструващите отклонения в процеса.
Увеличава добива
Директното справяне с механичните и химичните повреди, причинени от нестабилни условия на течния разтвор, е най-ефективният начин за повишаванепроизводство на полупроводници CMPпроценти на добив. Прогнозните системи за наблюдение в реално време проактивно защитават продукти с висока стойност. Фабриките, които са внедрили такива системи, са документирали значителен успех, включително доклади за намаляване на дефектите с до 25%. Тази превантивна способност измества оперативната парадигма от реагиране на неизбежни дефекти към активно предотвратяване на тяхното образуване, като по този начин защитава пластини на стойност милиони долари от микродраскотини и други повреди, причинени от нестабилни популации от частици. Възможността за наблюдение на динамични промени, като например внезапни спадове на вискозитета, сигнализиращи за термично или срязващо напрежение, позволява намеса, преди тези фактори да разпространят дефекти в множество пластини.
Намалява преработката
ПродуктътпреработкаПроцентът на повторна обработка, дефиниран като процент от произведените продукти, които изискват повторна обработка поради грешки или дефекти, е критичен ключов показател за ефективност (KPI), измерващ общата неефективност на производството. Високите нива на повторна обработка консумират ценен труд, отпадъчни материали и водят до значителни забавяния. Тъй като дефекти като вдлъбнатини, неравномерно отстраняване и надраскване са преки последици от реологичната нестабилност, стабилизирането на потока на суспензията чрез непрекъснат контрол на плътността и вискозитета драстично минимизира възникването на тези критични грешки. Чрез осигуряване на стабилност на процеса се свежда до минимум честотата на дефекти, изискващи ремонт или повторно полиране, което води до повишена оперативна производителност и цялостна ефективност на екипа.
Оптимизира оперативните разходи
Суспензиите от CMP представляват значителен разход в производствената среда. Когато несигурността на процеса диктува използването на широки, консервативни граници на безопасност при смесване и потребление, резултатът е неефективно използване и високи оперативни разходи. Мониторингът в реално време позволява прецизно и ефикасно управление на суспензиите. Например, непрекъснатият контрол позволява точни съотношения на смесване, минимизирайки използването на вода за разреждане и гарантирайки, че скъпите...състав на суспензията CMPсе използва оптимално, намалявайки разхищението на материали и оперативните разходи. Освен това, реологичната диагностика в реално време може да осигури ранни предупредителни признаци за проблеми с оборудването – като износване на накладките или повреда на помпата – което позволява поддръжка въз основа на състоянието, преди неизправността да причини критично отклонение на суспензията и последващ оперативен престой.
Устойчивото производство с висок добив изисква елиминиране на променливостта във всички критични процеси на единиците. Резонансната технология Lonnmeter осигурява необходимата надеждност, скорост и прецизност, за да се намали рискът от инфраструктурата за доставка на суспензия. Чрез интегриране на данни за плътност и вискозитет в реално време, технологичните инженери са оборудвани с непрекъсната, приложима интелигентност, осигуряваща предвидима производителност на полиране и предпазваща добива на пластини от колоидна нестабилност.
За да се започне преходът от реактивно управление на добива към проактивно управление на процесите:
МаксимизиранеВреме на работа иМинимизиранеПреработка:ИзтеглянеНашите технически спецификации иИницииранеRFQ днес.
Каним старши инженери по процеси и добив наподавамподробна заявка за оферта (RFQ). Нашите технически специалисти ще разработят прецизна пътна карта за внедряване, интегрирайки високопрецизна Lonnmeter технология във вашата инфраструктура за разпределение на течен шлам, за да определят количествено прогнозираното намаляване на плътността на дефектите и потреблението на течен шлам.Контактнашият екип за автоматизация на процесите сегасигуренвашето предимство в добивността.Открийтеосновната прецизност, необходима за стабилизиране на най-критичната стъпка на планаризация.
