Efnafræðileg vélræn flatning(CMP) er undirstöðuferli í háþróaðri hálfleiðaraframleiðslu. Það skilar flatnæmi á frumeindastigi yfir yfirborð skífa, sem gerir kleift að byggja upp marglaga arkitektúr, þéttari pökkun tækja og áreiðanlegri afköst. CMP samþættir samtímis efna- og vélrænar aðgerðir - með því að nota snúningspúða og sérhæfða fægingarmauki - til að fjarlægja umfram filmur og slétta óreglu á yfirborði, sem er mikilvægt fyrir mynsturmyndun og röðun í samþættum hringrásum.
Gæði skífunnar eftir CMP-pússun eru mjög háð nákvæmri stjórnun á samsetningu og eiginleikum slípiefnisins. Slípið inniheldur slípiefni, svo sem seríumoxíð (CeO₂), sem eru sviflaus í efnablöndu sem er hönnuð til að hámarka bæði líkamlegt núning og efnahvarfshraða. Til dæmis býður seríumoxíð upp á bestu hörku og yfirborðsefnafræði fyrir sílikonfilmur, sem gerir það að kjörefni í mörgum CMP-forritum. Árangur CMP er ekki aðeins ákvarðaður af slípiefniseiginleikum heldur einnig af nákvæmri stjórnun á styrk, sýrustigi og eðlisþyngd slípefnisins.
Efnafræðileg vélræn flatning
*
Grunnatriði í pússun á slurry í framleiðslu hálfleiðara
Pólunarslurry er lykilatriði í efnafræðilegri vélrænni planariseringu. Þetta eru flóknar blöndur sem eru hannaðar til að ná fram bæði vélrænni núningi og efnafræðilegri yfirborðsbreytingu á yfirborði skífna. Helstu hlutverk CMP-slurry eru meðal annars skilvirk efnisfjarlæging, planstillingarstjórnun, einsleitni yfir stór svæði skífna og lágmörkun galla.
Hlutverk og samsetning fægingarslams
Dæmigert CMP-slammi inniheldur slípiefni sem eru sviflaus í fljótandi grunnefni, ásamt efnaaukefnum og stöðugleikaefnum. Hver þáttur gegnir sérstöku hlutverki:
- Slípiefni:Þessar fínu, föstu agnir — aðallega kísil (SiO₂) eða seríumoxíð (CeO₂) í hálfleiðaraforritum — sjá um vélræna þáttinn í efniseyðingu. Styrkur þeirra og agnastærðardreifing stýrir bæði eyðingarhraða og yfirborðsgæðum. Slípiefnisinnihald er venjulega á bilinu 1% til 5% miðað við þyngd, með agnaþvermál á milli 20 nm og 300 nm, með nákvæmum skilyrðum til að forðast óhóflegar rispur á skífunum.
- Efnaaukefni:Þessi efni skapa efnafræðilegt umhverfi fyrir árangursríka flatnun. Oxunarefni (t.d. vetnisperoxíð) auðvelda myndun yfirborðslaga sem auðveldara er að slípa. Flókbindandi eða klóbindandi efni (eins og ammóníumpersúlfat eða sítrónusýra) binda málmjónir, sem eykur fjarlægingu og bælir gallamyndun. Hemlar eru notaðir til að koma í veg fyrir óæskilega etsun á aðliggjandi eða undirliggjandi skífulögum, sem eykur sértækni.
- Stöðugleikar:Yfirborðsefni og pH-stuðpúðar viðhalda stöðugleika og jafnri dreifingu á slurry. Yfirborðsefni koma í veg fyrir samloðun slípiefna og tryggja einsleita fjarlægingarhraða. pH-stuðpúðar gera kleift að ná stöðugum efnahvarfshraða og draga úr líkum á kekkjun eða tæringu agna.
Formúla og styrkur hvers íhlutar eru sniðin að tilteknu skífuefni, uppbyggingu tækisins og ferlinu sem tekur þátt í efna- og vélrænni planariseringarferlinu.
Algengar slurry-lausnir: Kísil (SiO₂) vs. seríumoxíð (CeO₂)
Kísil (SiO₂) fægingarslambráða ríkjum í oxíðsléttunarskrefum, svo sem millilaga rafslípun (ILD) og grunnri skurðeinangrun (STI). Þau nota kolloidal eða reyktan kísil sem slípiefni, oft í basísku umhverfi (pH ~10), og eru stundum bætt við minniháttar yfirborðsvirk efni og tæringarhemla til að takmarka rispuskemmdir og hámarka fjarlægingarhraða. Kísilagnir eru metnar fyrir einsleita stærð og lága hörku, sem veitir mjúka og einsleita efnisfjarlægingu sem hentar fyrir viðkvæm lög.
Slípunarlausnir fyrir seríumoxíð (CeO₂)eru valin fyrir krefjandi notkun sem krefst mikillar sértækni og nákvæmni, svo sem lokaslípun á glerundirlagi, háþróaða undirlagssléttun og ákveðin oxíðlög í hálfleiðurum. CeO₂ slípiefni sýna einstaka hvarfgirni, sérstaklega með kísildíoxíðyfirborðum, sem gerir kleift að fjarlægja bæði efnafræðilega og vélræna. Þessi tvöfalda virkni skilar hærri sléttunarhraða við lægri gallastig, sem gerir CeO₂ slurry æskilegri fyrir gler, harða diskaundirlag eða háþróaða rökfræðibúnaðarhnúta.
Virkni tilgangs slípiefna, aukefna og stöðugleikaefna
- SlípiefniFramkvæmið vélræna slípun. Stærð þeirra, lögun og styrkur ráða hreinsunarhraða og yfirborðsáferð. Til dæmis tryggja einsleit 50 nm kísil slípiefni milda og jafna útsléttingu oxíðlaga.
- EfnaaukefniGerir kleift að fjarlægja á sértækan hátt með því að auðvelda yfirborðsoxun og upplausn. Í kopar-CMP virka glýsín (sem bindiefni) og vetnisperoxíð (sem oxunarefni) saman, en BTA virkar sem hemill sem verndar eiginleika kopars.
- StöðugleikarHalda samsetningu slurrunnar einsleitri með tímanum. Yfirborðsefni koma í veg fyrir botnfall og kekkjun, sem tryggir að slípiefni dreifist jafnt og séu tiltæk fyrir ferlið.
Einstakir eiginleikar og notkunarsviðsmyndir: CeO₂ og SiO₂ leðjur
CeO₂ fægiefnibýður upp á aukna sértækni milli gler og kísilloxíðs vegna eðlislægrar efnahvarfgirni þess. Það er sérstaklega áhrifaríkt til að fletja út hörð, brothætt undirlag eða samsett oxíðstafla þar sem mikil efnissértækni er nauðsynleg. Þetta gerir CeO₂-slurry að staðalbúnaði í háþróaðri undirlagsundirbúningi, nákvæmri glerfrágangi og sérstökum CMP-skrefum í grunnum skurðaeinangrun (STI) í hálfleiðaraiðnaðinum.
SiO₂ fægiefnibýður upp á jafnvægi milli vélrænnar og efnafræðilegrar fjarlægingar. Það er mikið notað til að jafna oxíð í lausu og til að jafna rafskaut milli laga, þar sem mikil afköst og lágmarksgalla eru nauðsynleg. Jafn, stýrð agnastærð kísils takmarkar einnig rispumyndun og tryggir framúrskarandi lokagæði yfirborðs.
Mikilvægi agnastærðar og dreifingarjafnvægis
Stærð agna og dreifing eru mikilvæg fyrir afköst slurry. Jafnar slípiagnir á nanómetrakvarða tryggja stöðuga efniseyðingarhraða og gallalaust yfirborð skífunnar. Samloðun leiðir til rispa eða ófyrirsjáanlegrar fægingar, en breiðar stærðardreifingar valda ójafnri flatnun og aukinni gallaþéttleika.
Skilvirk stjórnun á styrk slurry — sem fylgst er með með tækni eins og slurryþéttleikamæli eða ómskoðunartækjum fyrir slurryþéttleika — tryggir stöðuga slípiefnishleðslu og fyrirsjáanlegar niðurstöður ferlisins, sem hefur bein áhrif á afköst og afköst tækisins. Að ná nákvæmri þéttleikastjórnun og jafnri dreifingu eru lykilkröfur fyrir uppsetningu efnafræðilega vélrænna planariseringarbúnaðar og hagræðingu ferla.
Í stuttu máli má segja að samsetning fægiefna – sérstaklega val og stjórnun á gerð slípiefna, agnastærð og stöðugleikaferlum – styður við áreiðanleika og skilvirkni efna- og vélrænnar planariseringar í hálfleiðaraiðnaði.
Mikilvægi mælinga á þéttleika slurry í CMP
Í efnafræðilegri vélrænni planariseringu hefur nákvæm mæling og stjórnun á þéttleika slurry bein áhrif á skilvirkni og gæði slípunar á skífum. Þéttleiki slurry — styrkur slípiefna í slípunarslípunni — virkar sem miðlægur ferlisstöng sem mótar slípunarhraða, loka yfirborðsgæði og heildarafköst skífunnar.
Tengsl milli þéttleika slurry, fægingarhraða, yfirborðsgæða og afkösts skífu
Styrkur slípiefna í CeO₂ fægiefni eða annarri formúlu fægiefnis ræður því hversu hratt efni er fjarlægt af yfirborði skífunnar, sem almennt er kallað fjarlægingarhraði eða efnisfjarlægingarhraði (MRR). Aukinn þéttleiki slípiefnisins eykur almennt fjölda slípiefnasambanda á flatarmálseiningu, sem flýtir fyrir fægiefnishraðanum. Til dæmis kom fram í samanburðarrannsókn frá árinu 2024 að hækkun á styrk kísilagna um allt að 5% af þyngd í kolloidal slípiefni hámarkaði fjarlægingarhraða fyrir 200 mm kísilskífur. Hins vegar er þetta samband ekki línulegt - punktur þar sem ávöxtun minnkar er til staðar. Við hærri þéttleika slípiefnisins veldur agnasamloðun jafnvægi eða jafnvel lækkun á fjarlægingarhraða vegna skerts massaflutnings og aukinnar seigju.
Yfirborðsgæði eru jafn næm fyrir þéttleika leðjunnar. Við hækkaðan styrk verða gallar eins og rispur, innfelld rusl og holur algengari. Í sama rannsókn kom fram línuleg aukning á yfirborðsgrófleika og veruleg rispuþéttleiki þegar þéttleiki leðjunnar var aukinn yfir 8–10% miðað við þyngd. Aftur á móti dregur lækkun á þéttleika úr hættu á göllum en getur hægt á fjarlægingu og haft áhrif á flatnina.
Afköst skífa, hlutfall skífa sem uppfylla ferliskröfur eftir pússun, eru stjórnuð af þessum samsettu áhrifum. Hærri gallatíðni og ójöfn fjarlæging draga bæði úr afköstum, sem undirstrikar viðkvæmt jafnvægi milli afkösta og gæða í nútíma hálfleiðaraframleiðslu.
Áhrif minniháttar breytinga á styrk slurry á CMP ferlið
Jafnvel lágmarksfrávik frá kjörþéttleika slurry – brot úr prósenti – geta haft veruleg áhrif á afköst ferlisins. Ef slípiefnisþéttni fer yfir markmið getur agnaþyrping átt sér stað, sem leiðir til hraðs slits á púðum og meðferðardiskum, hærri risputíðni á yfirborði og mögulegrar stíflu eða rofs á vökvaþáttum í efnafræðilegum vélrænum sléttunarbúnaði. Undirþéttleiki getur skilið eftir leifar af filmum og óreglulegu yfirborði, sem krefst síðari ljósritunarskrefa og dregur úr afköstum.
Breytingar á þéttleika slurry hafa einnig áhrif á efna- og vélræna viðbrögð á skífunni, sem hefur áhrif á galla og afköst tækisins. Til dæmis hafa minni eða ójafnt dreifðar agnir í þynntum slurry áhrif á staðbundna fjarlægingarhraða og skapað örmyndun sem getur breiðst út sem ferlisvillur í framleiðslu á miklu magni. Þessir fínleikar krefjast nákvæmrar stjórnun á styrk slurry og öflugs eftirlits, sérstaklega í háþróuðum hnútum.
Mæling og hagræðing á þéttleika slurry í rauntíma
Rauntímamælingar á þéttleika leðjunnar, sem mögulegar eru með innbyggðum þéttleikamælum — eins og ómskoðunarmælum fyrir leðjuþéttleika frá Lonnmeter — eru nú staðalbúnaður í háþróaðri hálfleiðaraiðnaði. Þessi tæki gera kleift að fylgjast stöðugt með breytum leðjunnar og veita tafarlausa endurgjöf um sveiflur í þéttleika þegar leðjan fer í gegnum CMP verkfæri og dreifikerfi.
Helstu kostir rauntímamælinga á þéttleika leðju eru meðal annars:
- Tafarlaus uppgötvun á aðstæðum sem eru ekki í samræmi við forskriftir, sem kemur í veg fyrir útbreiðslu galla í gegnum kostnaðarsöm ferli eftir á
- Bestun ferla - gerir verkfræðingum kleift að viðhalda bestu mögulegu þéttleika glugga fyrir slurry, hámarka flutningshraða og lágmarka galla
- Bætt samræmi milli skífu og lotu-til-lotu, sem þýðir hærri heildarframleiðsluávöxtun
- Langvarandi ástand búnaðar, þar sem ofþétt eða vanþétt slurry getur hraðað sliti á fægiefni, blöndunartækjum og dreifikerfi.
Uppsetningarstaðsetningar fyrir CMP búnað leiða venjulega sýnatökulykkjur eða endurvinnslulínur í gegnum mælisvæðið, til að tryggja að þéttleikamælingar séu dæmigerðar fyrir raunverulegt flæði sem afhent er skífunum.
Nákvæmt og í rauntímaMæling á þéttleika slurryMyndar burðarás öflugra aðferða til að stjórna þéttleika slurry, sem styður bæði viðurkenndar og nýjar formúlur fyrir fægingarslurry, þar á meðal krefjandi seríumoxíð (CeO₂) slurry fyrir háþróaða millilög og oxíð CMP. Að viðhalda þessum mikilvæga breytu tengist beint framleiðni, kostnaðarstýringu og áreiðanleika tækja í öllu efnafræðilega vélræna planariseringarferlinu.
Meginreglur og tækni fyrir mælingar á þéttleika slurry
Þéttleiki slurry lýsir massa föstra efna á rúmmálseiningu í fægingarslurry, eins og seríumoxíð (CeO₂) sem notuð eru í efnafræðilegri vélrænni planariseringu (CMP). Þessi breyta ákvarðar efnisfjarlægingarhraða, einsleitni framleiðslu og gallastig á fægðum skífum. Árangursrík mæling á þéttleika slurry er mikilvæg fyrir háþróaða stjórnun á styrk slurry, sem hefur bein áhrif á afköst og galla í forritum í hálfleiðaraiðnaði.
Í CMP-rekstri er notað úrval af mælingum á leðjuþéttleika, sem hver notar mismunandi mælireglur. Þyngdarmælingaraðferðir byggja á því að safna og vigta skilgreint leðjumagn, sem býður upp á mikla nákvæmni en skortir rauntímagetu og gerir þær óhentugar til samfelldrar notkunar í uppsetningarstöðum fyrir CMP-búnað. Rafsegulþéttleikamælar nota rafsegulsvið til að álykta um þéttleika út frá breytingum á leiðni og leyfni vegna svifagna. Titringsmælar, svo sem titringsrörþéttleikamælar, mæla tíðnisviðbrögð rörs sem er fyllt með leðju; breytingar á þéttleika hafa áhrif á titringstíðni, sem gerir samfellda vöktun mögulega. Þessar tækni styður eftirlit með línu en geta verið viðkvæmar fyrir mengun eða efnabreytingum.
Ómskoðunarmælar fyrir leðjuþéttleika eru lykil tækniframfarir í rauntíma þéttleikamælingum í efna- og vélrænni planariseringu. Þessi tæki senda frá sér ómskoðunarbylgjur í gegnum leðjuna og mæla flugtíma eða hraða hljóðútbreiðslu. Hljóðhraði í miðli fer eftir þéttleika þess og styrk föstu efna, sem gerir kleift að ákvarða eiginleika leðjunnar nákvæmlega. Ómskoðunarbúnaðurinn hentar mjög vel fyrir slípandi og efnafræðilega árásargjarn umhverfi sem eru dæmigerð fyrir efnafræðilega blönduðu efni (CMP), þar sem hann truflar ekki skynjara og dregur úr mengun skynjara samanborið við mæla með beinum snertingu. Lonnmeter framleiðir ómskoðunarmæla fyrir leðjuþéttleika í línu, sem eru sniðnir að CMP-línum í hálfleiðaraiðnaði.
Kostir ómskoðunarmæla fyrir slurryþéttleika eru meðal annars:
- Óáþrengjandi mælingar: Skynjarar eru venjulega settir upp utan á eða innan hjáveituflæðisfruma, sem lágmarkar truflun á leðjunni og kemur í veg fyrir núning á skynjunarflötum.
- Rauntímageta: Stöðug framleiðsla gerir kleift að aðlaga ferlið tafarlaust og tryggja að þéttleiki sellulósans haldist innan skilgreindra breyta til að hámarka gæði pússunar á skífum.
- Mikil nákvæmni og traustleiki: Ómskoðunarskannar bjóða upp á stöðugar og endurteknar mælingar, óháðar sveiflum í efnasamsetningu slurry eða agnaálagi við langvarandi uppsetningar.
- Samþætting við CMP búnað: Hönnun þeirra styður uppsetningu í endurvinnsluslamgleiðslum eða dreifingargreinum, sem hagræðir ferlisstjórnun án mikils niðurtíma.
Nýlegar rannsóknir á framleiðslu hálfleiðara sýna allt að 30% minnkun galla þegar ómskoðun með þéttleikamælingum er bætt við uppsetningu efna- og vélrænna planariseringarbúnaðar fyrir fægingarferli með seríumoxíði (CeO₂). Sjálfvirk endurgjöf frá ómskoðunarskynjurum gerir kleift að stjórna samsetningum fægingarlausnarinnar betur, sem leiðir til bættrar þykktarjöfnunar og minni efnisúrgangs. Ómskoðunarþéttleikamælar, þegar þeir eru sameinaðir öflugum kvörðunarferlum, viðhalda áreiðanlegri afköstum þrátt fyrir breytingar á samsetningu slípunnar, sem eru algengar í háþróaðri CMP-aðgerðum.
Í stuttu máli sagt hefur rauntímamæling á þéttleika slurry — sérstaklega með ómskoðunartækni — orðið lykilatriði í nákvæmum aðferðum til að stjórna þéttleika slurry í CMP. Þessar framfarir bæta beint afköst, skilvirkni ferla og gæði skífa í hálfleiðaraiðnaðinum.
Uppsetningarstaðsetningar og samþætting í CMP kerfum
Rétt mæling á þéttleika seigju er mikilvæg til að stjórna styrk seigju í efnafræðilegri og vélrænni planariseringu. Val á virkum uppsetningarstöðum fyrir seigjuþéttleikamæla hefur bein áhrif á nákvæmni, stöðugleika ferlisins og gæði skífna.
Mikilvægir þættir við val á uppsetningarstöðum
Í CMP uppsetningum ætti að staðsetja þéttleikamæla til að fylgjast með raunverulegri uppsöfnun á leðjunni sem notuð er til að fægja skífur. Helstu uppsetningarstaðsetningar eru meðal annars:
- Endurvinnslutankur:Með því að setja mælinn við útrásina fæst innsýn í ástand grunnvatnsblöndunnar fyrir dreifingu. Hins vegar gæti þessi staðsetning misst af breytingum sem eiga sér stað neðar í straumnum, svo sem loftbólumyndun eða staðbundnum hitaáhrifum.
- Afhendingarlínur:Uppsetning eftir blöndunareiningar og áður en þær fara inn í dreifingargreinar tryggir að eðlisþyngdarmælingin endurspegli lokaformúlu sellulósunnar, þar á meðal seríumoxíð (CeO₂) fægiefni og önnur aukefni. Þessi staðsetning gerir kleift að greina fljótt breytingar á sellustyrk rétt áður en vinnslu á skífum er lokið.
- Eftirlit á notkunarstað:Besti staðurinn er strax fyrir ofan lokann eða verkfærið á notkunarstaðnum. Þetta mælir rauntíma þéttleika leðjunnar og varar rekstraraðila við frávikum í ferlisaðstæðum sem geta stafað af upphitun, aðskilnaði eða myndun örbóla í línunni.
Við val á uppsetningarstöðum verður að taka tillit til viðbótarþátta eins og rennslisfyrirkomulags, stefnu pípa og nálægðar við dælur eða loka:
- Hagurlóðrétt uppsetningmeð uppstreymi til að lágmarka uppsöfnun loftbóla og setlaga á skynjaranum.
- Haldið nokkrum pípuþvermálum á milli mælisins og helstu ókyrrðaruppspretta (dæla, loka) til að forðast villur í lestri vegna flæðitruflana.
- Notaflæðismeðferð(réttingartæki eða róandi hlutar) til að meta þéttleikamælingar í stöðugu lagskiptu umhverfi.
Algengar áskoranir og bestu starfshættir fyrir áreiðanlega skynjarasamþættingu
CMP slurry kerfi bjóða upp á nokkrar áskoranir í samþættingu:
- Loftbólga og loftbólur:Ómskoðunarmælar fyrir þéttleika slurry geta rangmælt þéttleika ef örbólur eru til staðar. Forðist að setja skynjara nálægt loftinntökustöðum eða snöggum flæðisbreytingum, sem eiga sér stað oft nálægt dæluútrennslum eða blöndunartönkum.
- Setmyndun:Í láréttum línum geta skynjarar rekist á setlög, sérstaklega með CeO₂ fægiefni. Mælt er með lóðréttri uppsetningu eða staðsetningu fyrir ofan möguleg setsvæði til að viðhalda nákvæmri stjórn á þéttleika seigjunnar.
- Óhreinindi í skynjara:CMP-slurry inniheldur slípiefni og efnafræðileg efni sem geta leitt til óhreininda eða húðunar á skynjaranum. Lonnmeter-innlínumælitæki eru hönnuð til að draga úr þessu, en reglulegt eftirlit og þrif eru nauðsynleg til að tryggja áreiðanleika.
- Vélrænir titringar:Nálæg staðsetning við virka vélræna búnaði getur valdið hávaða innan skynjarans og dregið úr nákvæmni mælinga. Veljið uppsetningarstaði með lágmarks titringi.
Fyrir bestu samþættingarniðurstöður:
- Notið lagflæðishluta við uppsetningu.
- Tryggið lóðrétta stillingu ef mögulegt er.
- Veita auðveldan aðgang fyrir reglubundið viðhald og kvörðun.
- Einangraðu skynjara frá titringi og truflunum á flæði.
CMP
*
Aðferðir til að stjórna styrk slurry
Árangursrík stjórnun á styrk slurry í efnafræðilega vélrænni planariseringu er nauðsynleg til að viðhalda jöfnum efnisfjarlægingarhraða, draga úr yfirborðsgöllum á skífum og tryggja einsleitni á milli hálfleiðaraskífa. Nokkrar aðferðir og tækni eru notaðar til að ná þessari nákvæmni, sem styður bæði straumlínulagaða starfsemi og mikla afköst tækja.
Tækni og verkfæri til að viðhalda bestu mögulegu styrk slurry
Stjórnun á styrk slurry hefst með rauntíma eftirliti með bæði slípiefnum og efnategundum í fægingarsleðjunni. Fyrir seríumoxíð (CeO₂) fægingarsleðju og aðrar CMP-blöndur eru beinar aðferðir eins og mælingar á þéttleika slurry innbyggðar grundvallaratriði. Ómskoðunarmælar á þéttleika slurry, eins og þeir sem Lonnmeter framleiðir, skila samfelldum mælingum á þéttleika slurry, sem tengist sterklega heildarfjölda fastra efna og einsleitni.
Viðbótartækni felur í sér grugggreiningu — þar sem ljósnemar greina dreifingu frá sviflausnum slípiefnum — og litrófsgreiningaraðferðir eins og UV-Vis eða nær-innrauða (NIR) litrófsgreiningu til að magngreina lykilhvarfefni í gruggstraumnum. Þessar mælingar mynda burðarásinn í stjórnkerfum CMP ferlisins og gera kleift að leiðrétta verklega til að viðhalda markstyrksgluggum og lágmarka breytileika milli lota.
Rafefnafræðilegir skynjarar eru notaðir í samsetningum sem eru ríkar af málmjónum, og veita skjót svör við upplýsingum um tiltekna jónaþéttni og styðja við frekari fínstillingu í háþróaðri hálfleiðaraiðnaði.
Endurgjöfslykkjur og sjálfvirkni fyrir lokaða lykkjustýringu
Nútíma efna- og vélræn uppsetning á búnaði fyrir sléttun notar í auknum mæli lokuð stýrikerfi sem tengja innlínumælingar við sjálfvirk skömmtunarkerfi. Gögn frá mælum fyrir þéttleika áburðar og tengdum skynjurum eru send beint til forritanlegra stjórnkerfa (PLC) eða dreifðra stjórnkerfa (DCS). Þessi kerfi virkja sjálfkrafa loka fyrir viðbót áfyllingarvatns, skömmtun á þykkni áburðar og jafnvel innspýtingu stöðugleikaefnis, sem tryggir að ferlið haldist innan tilskilins rekstrarramma ávallt.
Þessi endurgjöfararkitektúr gerir kleift að leiðrétta stöðugt frávik sem rauntímaskynjarar greina, forðast ofþynningu, varðveita bestu mögulegu slípiefnisþéttni og draga úr umframnotkun efna. Til dæmis, í háafköstum CMP tóli fyrir háþróaða skífuhnút, mun innbyggður ómskoðunarmælir fyrir slípiefni greina lækkun á slípiefnisþéttni og senda skömmtunarkerfinu strax merki um að auka innrennsli slípiefnisins þar til þéttleikinn nær aftur upphafsgildi. Aftur á móti, ef mældur þéttleiki fer yfir forskrift, hefst stjórnunarrökfræðin viðbót við viðbótarvatn til að endurheimta rétta þéttni.
Hlutverk þéttleikamælinga við aðlögun á viðbótarvatni og slurry
Mæling á þéttleika leðju er lykilatriði í virkri styrkstýringu. Þéttleikagildið sem gefið er upp með tækjum eins og innbyggðum þéttleikamælum Lonnmeter hefur bein áhrif á tvo mikilvæga rekstrarþætti: rúmmál áfyllingarvatns og straumhraða þéttrar leðju.
Með því að staðsetja þéttleikamæla á stefnumótandi stöðum — eins og fyrir inntak CMP-verkfærisins eða eftir að blandarinn er notaður — gera rauntímagögn sjálfvirkum kerfum kleift að aðlaga hraða viðbótarvatnsins og þynna þannig leðjuna að æskilegum forskriftum. Samtímis getur kerfið stýrt fóðrunarhraða þéttrar leðju til að viðhalda nákvæmri styrk slípiefna og efna, með hliðsjón af notkun verkfæra, öldrunaráhrifum og ferlistengdum tapi.
Til dæmis, við langvarandi planarization keyrslur fyrir 3D NAND uppbyggingu, greinir stöðug þéttleikavöktun þróun á uppsöfnun eða setmyndun leðju, sem leiðir til sjálfvirkrar aukningar á viðbótarvatni eða hræringar, eftir því sem krafist er fyrir stöðugleika ferlisins. Þessi strangt stjórnaða stjórnlykkja er grundvallaratriði í að viðhalda ströngum markmiðum um einsleitni milli skífa og innan skífu, sérstaklega þegar stærð tækja og ferlisgluggar þrengjast.
Í stuttu máli byggja aðferðir til að stjórna styrk slurry í CMP á blöndu af háþróuðum mælingum í línu og sjálfvirkum lokuðum lykkjusvörunum. Mælar fyrir slurryþéttleika, sérstaklega ómskoðunartæki eins og þau frá Lonnmeter, gegna lykilhlutverki í að skila hágæða, tímanlegum gögnum sem þarf til að stjórna ferlinu nákvæmlega í mikilvægum skrefum í framleiðslu hálfleiðara. Þessi verkfæri og aðferðafræði lágmarka breytileika, styðja sjálfbærni með því að hámarka efnanotkun og gera kleift að fá þá nákvæmni sem þarf fyrir nútíma hnútatækni.
Leiðbeiningar um val á þéttleikamælum fyrir slurry fyrir hálfleiðaraiðnaðinn
Val á mæli fyrir þéttleika efnafræðilegrar og vélrænnar planariseringar (CMP) í hálfleiðaraiðnaði krefst nákvæmrar athygli á ýmsum tæknilegum kröfum. Lykilviðmið varðandi afköst og notkun eru meðal annars næmi, nákvæmni, eindrægni við árásargjarnar efnasamsetningar efnasambanda fyrir efnafræðilega og auðveld samþætting við CMP kerfi fyrir afhendingu efna og búnað.
Kröfur um næmni og nákvæmni
Stjórnun á CMP-ferlinu er háð örsmáum breytingum á samsetningu slurry. Þéttleikamælirinn verður að greina lágmarksbreytingar upp á 0,001 g/cm³ eða meira. Þetta næmi er nauðsynlegt til að greina jafnvel mjög litlar breytingar á slípiefnisinnihaldi - eins og þær sem finnast í CeO₂ fægingarslurry eða kísil-bundnum slurry - því þetta hefur áhrif á efnisfjarlægingarhraða, flatnæmi skífna og galla. Dæmigert ásættanlegt nákvæmnisbil fyrir þéttleikamæla fyrir hálfleiðara slurry er ±0,001–0,002 g/cm³.
Samhæfni við árásargjarnar slurries
Leðjur sem notaðar eru í CMP geta innihaldið slípandi nanóagnir eins og seríumoxíð (CeO₂), áloxíð eða kísil, sviflausar í efnafræðilega virkum miðli. Þéttleikamælirinn verður að þola langvarandi útsetningu fyrir bæði líkamlegu núningi og ætandi umhverfi án þess að reka út fyrir kvörðun eða mynda óhreinindi. Efni sem notuð eru í blautum hlutum ættu að vera óvirk gagnvart öllum algengum efnasamböndum leðjunnar.
Auðveld samþætting
Innbyggðir mælingar á þéttleika slurry verða að passa auðveldlega í núverandi uppsetningar á CMP búnaði. Meðal atriða sem þarf að hafa í huga eru:
- Lágmarks dauðarúmmál og lágt þrýstingsfall til að forðast að hafa áhrif á slurrygjöfina.
- Stuðningur við staðlaðar iðnaðarferlatengingar fyrir fljótlega uppsetningu og viðhald.
- Samhæfni úttaks (t.d. hliðræn/stafræn merki) fyrir rauntíma samþættingu við stjórnkerfi fyrir slurryþéttni, en án þess að sjá fyrir þessum kerfum sjálfum.
Samanburðareiginleikar leiðandi skynjaratækni
Þéttleikastýring á fægingarslammi er aðallega stjórnað með tveimur skynjaraflokkum: þéttleikamælum og ljósbrotsmælum. Hvor um sig hefur sína kosti sem skipta máli fyrir notkun í hálfleiðaraiðnaði.
Þéttleikamælar byggðir á þéttleikamælingum (t.d. ómskoðunarþéttleikamælir fyrir slurry)
- Notar útbreiðsluhraða hljóðs í gegnum leðjuna, sem tengist beint eðlisþyngd.
- Veitir mikla línuleika í eðlisþyngdarmælingum yfir fjölbreytt úrval af styrk slurry og slípiefna.
- Hentar vel fyrir árásargjarnar fægiefni, þar á meðal CeO₂ og kísilblöndur, þar sem skynjararnir geta verið einangraðir frá efnum.
- Dæmigert næmi og nákvæmni uppfylla kröfurnar undir 0,001 g/cm³.
- Uppsetning er yfirleitt innbyggð, sem gerir kleift að mæla í rauntíma meðan á efna- og vélrænni planariseringu stendur.
Mælir byggðir á ljósbrotsmælingum
- Mælir ljósbrotsstuðulinn til að álykta um þéttleika leðjunnar.
- Árangursrík til að greina lúmskar breytingar á samsetningu leðjunnar vegna mikillar næmni fyrir styrkbreytingum; fær um að greina <0,1% breytingar á massahlutfalli.
- Hins vegar er ljósbrotsstuðullinn viðkvæmur fyrir umhverfisbreytum eins og hitastigi, sem krefst vandlegrar kvörðunar og hitabætur.
- Getur haft takmarkaða efnasamrýmanleika, sérstaklega í mjög árásargjarnum eða ógegnsæjum slurry.
Mælingar á agnastærð sem viðbót
- Þéttleikamælingar geta skekkst vegna breytinga á agnastærðardreifingu eða samloðun.
- Bestu starfsvenjur í greininni mæla með samþættingu við reglubundna agnastærðargreiningu (t.d. breytilega ljósdreifingu eða rafeindasmásjá) til að tryggja að sýnilegar breytingar á eðlisþyngd séu ekki eingöngu vegna agnasöfnunar.
Atriði sem þarf að hafa í huga varðandi innbyggða þéttleikamæla frá Lonnmeter
- Lonnmeter sérhæfir sig í framleiðslu á innbyggðum þéttleika- og seigjumælum, án þess að útvega hugbúnað eða kerfissamþættingar.
- Hægt er að útbúa Lonnmeter-mæla til að þola slípandi, efnafræðilega virka CMP-sleðju og eru hannaðir fyrir beina uppsetningu í hálfleiðaravinnslubúnaði, sem hentar þörfum fyrir rauntíma mælingar á þéttleika leðjunnar.
Þegar valkostir eru skoðaðir skal einbeita sér að helstu notkunarviðmiðum: tryggja að þéttleikamælirinn nái nauðsynlegri næmni og nákvæmni, sé smíðaður úr efnum sem samhæfast efnasamsetningu slurrysins, þoli stöðuga notkun og samþættist óaðfinnanlega við afhendingarlínur fyrir fægingarslurry í CMP-ferlinu. Fyrir hálfleiðaraiðnaðinn er nákvæm mæling á slurryþéttleika undirstaða einsleitni, afköst og framleiðsluafkösta á skífum.
Áhrif árangursríkrar stjórnun á þéttleika áburðar á niðurstöður CMP
Nákvæm stjórnun á þéttleika slurry er lykilatriði í efnafræðilegri vélrænni pússun. Þegar þéttleikinn er haldið stöðugum helst magn slípiefna sem eru til staðar við pússun stöðugt. Þetta hefur bein áhrif á efnisfjarlægingarhraða (MRR) og yfirborðsgæði skífunnar.
Minnkun á yfirborðsgöllum á skífum og bætt WIWNU
Það hefur verið sannað að það að viðhalda bestu mögulegu þéttleika slurry lágmarkar galla á yfirborði skífna eins og örrispur, skúffur, rof og agnamengun. Rannsóknir frá 2024 sýna að stýrt þéttleikabil, venjulega á milli 1 og 5% af þyngdarhlutfalli fyrir blöndur sem byggja á kolloidal kísil, gefur besta jafnvægið milli fjarlægingarhagkvæmni og lágmörkunar galla. Of hár þéttleiki eykur árekstra við núning, sem leiðir til tvöfaldrar til þrefaldrar aukningar á fjölda galla á fersentimetra, eins og staðfest er með atómkraftssmásjárskoðun og sporbaugsmælingum. Strangt þéttleikaeftirlit bætir einnig ójöfnu innan skífunnar (WIWNU), sem tryggir að efni sé fjarlægt jafnt yfir skífuna, sem er nauðsynlegt fyrir háþróaða hálfleiðarabúnað. Samræmdur þéttleiki hjálpar til við að koma í veg fyrir frávik í ferlinu sem gætu stofnað þykktarmarkmiðum eða flatnæmi filmunnar í hættu.
Lenging á líftíma slurry og lækkun á kostnaði við rekstrarvörur
Tækni til að stjórna styrk slurry — þar á meðal rauntímaeftirlit með ómskoðunarmælum fyrir slurryþéttleika — lengja endingartíma CMP-pússunarslurry. Með því að koma í veg fyrir ofskömmtun eða óhóflega þynningu nær efnafræðilega vélrænn planariseringarbúnaður hámarksnýtingu rekstrarefna. Þessi aðferð dregur úr tíðni skiptingar á slurry og gerir kleift að endurvinna aðferðir, sem lækkar heildarkostnað. Til dæmis, í CeO₂-pússunarslurryforritum, gerir nákvæmt viðhald á þéttleika kleift að endurhæfa slurrylotur og lágmarka úrgangsmagn án þess að fórna afköstum. Árangursrík þéttleikastjórnun gerir ferlaverkfræðingum kleift að endurheimta og endurnýta pússunarslurry sem er innan viðunandi afkastamarka, sem leiðir til enn frekari kostnaðarsparnaðar.
Aukin endurtekningarhæfni og ferlisstýring fyrir háþróaða hnútaframleiðslu
Nútímaforrit í hálfleiðaraiðnaði krefjast mikillar endurtekningarnákvæmni í efna- og vélrænni planariseringu. Í háþróaðri hnútaframleiðslu geta jafnvel minniháttar sveiflur í þéttleika slurry leitt til óásættanlegra breytinga á niðurstöðum skífna. Sjálfvirkni og samþætting innbyggðra ómskoðunarmæla fyrir slurryþéttleika - eins og þeirra sem Lonnmeter framleiðir - auðvelda samfellda rauntíma endurgjöf fyrir ferlastýringu. Þessi tæki skila nákvæmum mælingum í erfiðu efnaumhverfi sem eru dæmigerð fyrir efnafræðilega framleiðslu (CMP) og styðja lokuð lykkjukerfi sem bregðast strax við frávikum. Áreiðanleg þéttleikamæling þýðir meiri einsleitni frá skífu til skífu og strangari stjórn á MRR, sem er mikilvægt fyrir framleiðslu á hálfleiðurum undir 7nm. Rétt uppsetning búnaðar - rétt staðsetning í slurry-afhendingarlínunni - og reglulegt viðhald eru nauðsynleg til að tryggja að mælar virki áreiðanlega og veiti gögn sem eru mikilvæg fyrir stöðugleika ferlisins.
Að viðhalda fullnægjandi þéttleika slurry er grundvallaratriði til að hámarka afurðaafköst, lágmarka galla og tryggja hagkvæma framleiðslu í CMP-ferlum.
Algengar spurningar (FAQs)
Hvert er hlutverk mælis fyrir þéttleika slurry í efnafræðilega vélrænni planariseringu?
Þéttleikamælir fyrir slurry gegnir mikilvægu hlutverki í efna- og vélrænni jöfnun með því að mæla stöðugt þéttleika og styrk fægingarslurrysins. Helsta hlutverk hans er að veita rauntíma gögn um jafnvægi slípiefna og efna í slurryinu og tryggja að bæði séu innan nákvæmra marka fyrir bestu mögulegu jöfnun á skífum. Þessi rauntíma stjórnun kemur í veg fyrir galla eins og rispur eða ójafnan efnisfjarlægingu, sem er algeng í of- eða vanþynntum slurryblöndum. Samræmdur þéttleiki slurry hjálpar til við að viðhalda endurtekningarhæfni í framleiðslulotum, lágmarkar breytileika milli skífa og styður við hagræðingu ferla með því að virkja leiðréttingaraðgerðir ef frávik eru greind. Í háþróaðri hálfleiðaraframleiðslu og forritum með mikilli áreiðanleika dregur stöðugt eftirlit einnig úr úrgangi og styður strangar gæðatryggingarráðstafanir.
Hvers vegna er CeO₂ fægiefni æskilegra fyrir ákveðin planariseringarskref í hálfleiðaraiðnaðinum?
Seríumoxíð (CeO₂) fægiefni er valið fyrir ákveðin skref í hálfleiðarajöfnun vegna einstakrar sértækni þess og efnafræðilegrar sækni, sérstaklega fyrir gler- og oxíðfilmur. Jafnframt eru slípiefnisagnirnar eins og þær leiða til hágæða jöfnunar með mjög lágum gallatíðni og lágmarks rispu á yfirborði. Efnafræðilegir eiginleikar CeO₂ gera kleift að fjarlægja stöðugan og endurtekinn hraða, sem er nauðsynlegur fyrir háþróaða notkun eins og ljósfræði og háþéttni samþættra hringrása. Að auki stenst CeO₂ fægiefnið kekkjun og viðheldur stöðugri sviflausn jafnvel við langvarandi samþættar hringrásaraðgerðir.
Hvernig virkar ómskoðunarmæling á þéttleika slurry samanborið við aðrar mælingartegundir?
Ómskoðunarmæling á þéttleika leðjunnar virkar með því að senda hljóðbylgjur í gegnum hana og mæla hraða og deyfingu þessara bylgna. Þéttleiki leðjunnar hefur bein áhrif á hraða bylgjanna og hversu mikið styrkleiki þeirra minnkar. Þessi mælingaraðferð er ekki íþyngjandi og veitir rauntímagögn um styrk leðjunnar án þess að þurfa að einangra eða raska ferlinu líkamlega. Ómskoðunaraðferðir sýna minni næmi fyrir breytum eins og flæðishraða eða agnastærð samanborið við vélræn (fljótandi) eða þyngdarmælingarkerfi. Í efnafræðilegri vélrænni planariseringu þýðir þetta áreiðanlegar og öflugar mælingar, jafnvel í agnaríkum leðjum með miklu flæði.
Hvar ætti venjulega að setja upp mælingar á slurryþéttleika í CMP kerfi?
Bestu staðsetningar fyrir uppsetningarmæla fyrir þéttleika í efnafræðilega vélrænni sléttunarbúnaði eru meðal annars:
- Endurvinnslutankurinn: til að fylgjast stöðugt með heildarþéttleika leðjunnar fyrir dreifingu.
- Áður en pússunarpúðinn er afhentur á notkunarstað: til að tryggja að meðfylgjandi leðja uppfylli markþéttleikakröfur.
- Eftir blöndunarpunkta fyrir seigju: að tryggja að nýútbúnar framleiðslulotur séu í samræmi við nauðsynlegar efnasamsetningar áður en þær fara inn í ferlið.
Þessar stefnumótandi staðsetningar gera kleift að greina og leiðrétta frávik í styrk slurry fljótt, sem kemur í veg fyrir skerta gæði skífna og truflanir á ferlinu. Staðsetningin er ráðin af flæðisdynamík slurry, dæmigerðri blöndunarhegðun og nauðsyn þess að fá tafarlausa endurgjöf nálægt planarization-púðanum.
Hvernig bætir nákvæm stjórnun á styrk slurry afköst CMP ferlisins?
Nákvæm stjórnun á styrk slurry bætir efnafræðilega og vélræna planariseringarferlið með því að tryggja einsleita fjarlægingarhraða, lágmarka breytingar á viðnámi plötunnar og draga úr tíðni yfirborðsgalla. Stöðugur þéttleiki slurry lengir líftíma bæði pússunarpúða og skífa með því að koma í veg fyrir ofnotkun eða vannotkun slípiefna. Það lækkar einnig kostnað við ferli með því að hámarka notkun slurry, draga úr endurvinnslu og styðja við hærri afköst hálfleiðara. Sérstaklega í háþróaðri framleiðslu og smíði skammtafræðilegra tækja styður strangt stjórnun á slurry endurtakanlega flatneskju, samræmda rafmagnsafköst og minni leka milli tækjaarkitektúra.
Birtingartími: 9. des. 2025
