Ķīmiski mehāniskā planarizācija(CMP) ir pamatprocess progresīvā pusvadītāju ražošanā. Tas nodrošina atomu līmeņa līdzenumu pāri plākšņu virsmām, ļaujot veidot daudzslāņu arhitektūras, blīvāku ierīču iepakošanu un uzticamāku ražu. CMP integrē vienlaicīgas ķīmiskas un mehāniskas darbības — izmantojot rotējošu spilventiņu un specializētu pulēšanas suspensiju —, lai noņemtu liekās plēves un izlīdzinātu virsmas nelīdzenumus, kas ir ļoti svarīgi elementu veidošanai un izlīdzināšanai integrētajās shēmās.
Vafeles kvalitāte pēc KMP apstrādes ir ļoti atkarīga no rūpīgas pulēšanas suspensijas sastāva un īpašību kontroles. Suspensija satur abrazīvas daļiņas, piemēram, cērija oksīdu (CeO₂), kas suspendētas ķimikāliju kokteilī, kas paredzēts gan fizikālās nodiluma, gan ķīmiskās reakcijas ātruma optimizēšanai. Piemēram, cērija oksīds nodrošina optimālu cietību un virsmas ķīmiju silīcija bāzes plēvēm, padarot to par izvēles materiālu daudzos KMP pielietojumos. KMP efektivitāti nosaka ne tikai abrazīvo daļiņu īpašības, bet arī precīza suspensijas koncentrācijas, pH un blīvuma pārvaldība.
Ķīmiski mehāniskā planarizācija
*
Pulēšanas suspensiju pamati pusvadītāju ražošanā
Pulēšanas suspensijas ir ķīmiski mehāniskās planarizācijas procesa centrālais elements. Tās ir sarežģīti maisījumi, kas izstrādāti, lai panāktu gan mehānisku nobrāzumu, gan ķīmisku virsmas modifikāciju uz plākšņu virsmām. ĶMP suspensiju galvenās lomas ietver efektīvu materiāla noņemšanu, planaritātes kontroli, vienmērīgumu lielās plākšņu platībās un defektu samazināšanu.
Pulēšanas suspensiju lomas un sastāvs
Tipiska CMP suspensija satur abrazīvas daļiņas, kas suspendētas šķidrā matricā, ko papildina ķīmiskas piedevas un stabilizatori. Katrai sastāvdaļai ir atšķirīga loma:
- Abrazīvi materiāli:Šīs smalkās, cietās daļiņas — galvenokārt silīcija dioksīds (SiO₂) vai cērija oksīds (CeO₂ pusvadītāju lietojumos — veic materiāla noņemšanas mehānisko daļu. To koncentrācija un daļiņu izmēru sadalījums kontrolē gan noņemšanas ātrumu, gan virsmas kvalitāti. Abrazīvu materiālu saturs parasti svārstās no 1% līdz 5% pēc svara, ar daļiņu diametru no 20 nm līdz 300 nm, kas ir stingri noteikts, lai izvairītos no pārmērīgas plāksnes skrāpēšanas.
- Ķīmiskās piedevas:Šie aģenti rada ķīmisko vidi efektīvai planarizācijai. Oksidētāji (piemēram, ūdeņraža peroksīds) veicina vieglāk nodilstošu virsmas slāņu veidošanos. Kompleksus vai helātus veidojošie aģenti (piemēram, amonija persulfāts vai citronskābe) saista metāla jonus, uzlabojot noņemšanu un nomācot defektu veidošanos. Inhibitori tiek ieviesti, lai novērstu nevēlamu blakus esošo vai zemāk esošo plākšņu slāņu kodināšanu, uzlabojot selektivitāti.
- Stabilizatori:Virsmaktīvās vielas un pH buferi uztur suspensijas stabilitāti un vienmērīgu dispersiju. Virsmaktīvās vielas novērš abrazīvu aglomerāciju, nodrošinot homogēnu noņemšanas ātrumu. pH buferi nodrošina vienmērīgu ķīmiskās reakcijas ātrumu un samazina daļiņu salipšanas vai korozijas iespējamību.
Katras komponentes formulējums un koncentrācija ir pielāgota konkrētajam vafeļu materiālam, ierīces struktūrai un ķīmiski mehāniskās planarizācijas procesa posmam.
Bieži sastopamās suspensijas: silīcija dioksīds (SiO₂) pret cērija oksīdu (CeO₂)
Silīcija dioksīda (SiO₂) pulēšanas suspensijasdominē oksīda planarizācijas posmos, piemēram, starpslāņu dielektriskajā (ILD) un seklās tranšejas izolācijas (STI) pulēšanā. Tajos kā abrazīvus tiek izmantots koloidālais vai kūpināts silīcija dioksīds, bieži vien bāziskā (pH ~10) vidē, un dažreiz tiem pievieno nelielas virsmaktīvās vielas un korozijas inhibitorus, lai ierobežotu skrāpējumu defektus un optimizētu noņemšanas ātrumu. Silīcija dioksīda daļiņas tiek vērtētas to vienāda izmēra un zemās cietības dēļ, nodrošinot maigu, vienmērīgu materiāla noņemšanu, kas piemērota smalkiem slāņiem.
Cērija oksīda (CeO₂) pulēšanas suspensijastiek izvēlēti sarežģītiem lietojumiem, kam nepieciešama augsta selektivitāte un precizitāte, piemēram, stikla substrāta galīgajai pulēšanai, progresīvai substrāta planarizācijai un noteiktiem oksīda slāņiem pusvadītāju ierīcēs. CeO₂ abrazīviem materiāliem piemīt unikāla reaģētspēja, īpaši ar silīcija dioksīda virsmām, nodrošinot gan ķīmisku, gan mehānisku noņemšanas mehānismu izmantošanu. Šī divējāda iedarbība nodrošina augstāku planarizācijas ātrumu pie zemākiem defektu līmeņiem, padarot CeO₂ suspensijas vēlamākas stiklam, cieto disku substrātiem vai progresīviem loģisko ierīču mezgliem.
Abrazīvu, piedevu un stabilizatoru funkcionālais mērķis
- Abrazīvi materiāliVeiciet mehānisko abrazīvo apstrādi. To izmērs, forma un koncentrācija nosaka noņemšanas ātrumu un virsmas apdari. Piemēram, vienmērīgi 50 nm silīcija dioksīda abrazīvi nodrošina maigu, vienmērīgu oksīda slāņu planarizāciju.
- Ķīmiskās piedevasNodrošina selektīvu noņemšanu, veicinot virsmas oksidēšanos un šķīšanu. Vara CMP glicīns (kā kompleksveidotājs) un ūdeņraža peroksīds (kā oksidētājs) darbojas sinerģiski, savukārt BTA darbojas kā inhibitors, kas aizsargā vara īpašības.
- StabilizatoriUzturēt suspensijas sastāvu vienmērīgu laika gaitā. Virsmaktīvās vielas novērš nogulsnēšanos un aglomerāciju, nodrošinot, ka abrazīvās daļiņas ir vienmērīgi izkliedētas un pieejamas procesam.
Unikālas īpašības un lietošanas scenāriji: CeO₂ un SiO₂ suspensijas
CeO₂ pulēšanas suspensijaPateicoties tā raksturīgajai ķīmiskajai reaģētspējai, tas piedāvā paaugstinātu selektivitāti starp stiklu un silīcija oksīdu. Tas ir īpaši efektīvs cietu, trauslu substrātu vai kompozītu oksīdu kaudžu planarizācijai, kur būtiska ir augsta materiāla selektivitāte. Tas padara CeO₂ suspensijas par standartu progresīvā substrātu sagatavošanā, precīzā stikla apdarē un specifiskos seklās tranšeju izolācijas (STI) CMP posmos pusvadītāju rūpniecībā.
SiO₂ pulēšanas suspensijaNodrošina līdzsvarotu mehāniskās un ķīmiskās noņemšanas kombināciju. To plaši izmanto oksīdu un starpslāņu dielektriskajai planarizācijai, kur nepieciešama augsta caurlaidspēja un minimāla defektivitāte. Vienmērīgais, kontrolētais silīcija dioksīda daļiņu izmērs ierobežo arī skrāpējumu rašanos un nodrošina izcilu gala virsmas kvalitāti.
Daļiņu izmēra un dispersijas vienmērīguma nozīme
Daļiņu izmērs un dispersijas vienmērīgums ir kritiski svarīgi suspensijas veiktspējai. Vienmērīgas, nanometru mēroga abrazīvās daļiņas garantē vienmērīgu materiāla noņemšanas ātrumu un defektu nesaturošu plātnes virsmu. Aglomerācija izraisa skrāpējumus vai neparedzamu pulēšanu, savukārt plašs izmēru sadalījums izraisa nevienmērīgu planarizāciju un palielinātu defektu blīvumu.
Efektīva suspensijas koncentrācijas kontrole, ko uzrauga tādas tehnoloģijas kā suspensijas blīvuma mērītājs vai ultraskaņas suspensijas blīvuma mērīšanas ierīces, nodrošina pastāvīgu abrazīvu slodzi un paredzamus procesa rezultātus, tieši ietekmējot ražu un ierīces veiktspēju. Precīzas blīvuma kontroles un vienmērīgas izkliedes sasniegšana ir galvenās prasības ķīmiski mehāniskās planarizācijas iekārtu uzstādīšanai un procesa optimizācijai.
Rezumējot, pulēšanas suspensiju formulējums, īpaši abrazīvā veida, daļiņu izmēra un stabilizācijas mehānismu izvēle un kontrole, ir ķīmiski mehāniskās planarizācijas procesa uzticamības un efektivitātes pamatā pusvadītāju rūpniecības lietojumos.
Šķidruma blīvuma mērīšanas nozīme CMP procesā
Ķīmiski mehāniskajā planarizācijas procesā precīza suspensijas blīvuma mērīšana un kontrole tieši ietekmē vafeļu pulēšanas efektivitāti un kvalitāti. Suspensijas blīvums — abrazīvo daļiņu koncentrācija pulēšanas suspensijā — darbojas kā centrālais procesa svira, kas ietekmē pulēšanas ātrumu, galīgo virsmas kvalitāti un kopējo vafeļu ražu.
Saistība starp vircas blīvumu, pulēšanas ātrumu, virsmas kvalitāti un vafeļu ražu
Abrazīvo daļiņu koncentrācija CeO₂ pulēšanas suspensijā vai citā pulēšanas suspensijas sastāvā nosaka, cik ātri materiāls tiek noņemts no plāksnes virsmas, ko parasti sauc par noņemšanas ātrumu vai materiāla noņemšanas ātrumu (MRR). Palielināts suspensijas blīvums parasti palielina abrazīvo kontaktu skaitu uz laukuma vienību, paātrinot pulēšanas ātrumu. Piemēram, 2024. gada kontrolētā pētījumā tika ziņots, ka, palielinot silīcija dioksīda daļiņu koncentrāciju līdz 5 svara % koloidālajā suspensijā, tika maksimāli palielināts noņemšanas ātrums 200 mm silīcija plāksnēm. Tomēr šī sakarība nav lineāra — pastāv samazinoša atdeve. Pie lielāka suspensijas blīvuma daļiņu aglomerācija izraisa plato vai pat noņemšanas ātruma samazināšanos masas transporta traucējumu un palielinātas viskozitātes dēļ.
Virsmas kvalitāte ir tikpat jutīga pret suspensijas blīvumu. Paaugstinātās koncentrācijās biežāk rodas tādi defekti kā skrambas, iestrēguši gruži un bedres. Tajā pašā pētījumā tika novērota lineāra virsmas raupjuma palielināšanās un ievērojams skrāpējumu blīvums, palielinot suspensijas blīvumu virs 8–10 svara%. Savukārt blīvuma samazināšana samazina defektu risku, bet var palēnināt noņemšanu un apdraudēt plakanumu.
Plākšņu ražu, proti, plākšņu īpatsvaru, kas atbilst procesa specifikācijām pēc pulēšanas, regulē šie kombinētie efekti. Augstāks defektu līmenis un nevienmērīga noņemšana samazina ražu, uzsverot trauslo līdzsvaru starp caurlaidspēju un kvalitāti mūsdienu pusvadītāju ražošanā.
Nelielu vircas koncentrācijas svārstību ietekme uz CMP procesu
Pat minimālas novirzes no optimālā suspensijas blīvuma — dažas procentdaļas — var būtiski ietekmēt procesa ražību. Ja abrazīvās vielas koncentrācija pārsniedz mērķa vērtību, var rasties daļiņu klasterizācija, kas noved pie strauja spilventiņu un kondicionēšanas disku nodiluma, lielāka virsmas skrāpējumu skaita un iespējamas šķidruma komponentu aizsērēšanas vai erozijas ķīmiski mehāniskās planarizācijas iekārtās. Nepietiekams blīvums var atstāt atlikušās plēves un nelīdzenas virsmas topogrāfiju, kas apgrūtina turpmākos fotolitogrāfijas soļus un samazina ražu.
Šķidruma blīvuma variācijas ietekmē arī ķīmiski mehāniskās reakcijas uz vafeļa, kas savukārt ietekmē defektivitāti un ierīces veiktspēju. Piemēram, mazākas vai nevienmērīgi izkliedētas daļiņas atšķaidītā šķīdumā ietekmē lokālo noņemšanas ātrumu, radot mikrotopogrāfiju, kas var izplatīties kā procesa kļūdas liela apjoma ražošanā. Šīs smalkās detaļas prasa stingru šķīduma koncentrācijas kontroli un stabilu uzraudzību, jo īpaši progresīvos mezglos.
Reāllaika vircas blīvuma mērīšana un optimizācija
Reāllaika suspensijas blīvuma mērīšana, ko nodrošina iebūvētu blīvuma mērītāju, piemēram, Lonnmeter ražoto ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītāju, ieviešana, tagad ir standarts modernākajās pusvadītāju nozares lietojumprogrammās. Šie instrumenti ļauj nepārtraukti uzraudzīt suspensijas parametrus, sniedzot tūlītēju atgriezenisko saiti par blīvuma svārstībām, suspensijai pārvietojoties pa CMP instrumentu komplektiem un sadales sistēmām.
Reāllaika suspensijas blīvuma mērīšanas galvenās priekšrocības ir šādas:
- Neatbilstošu specifikāciju apstākļu tūlītēja noteikšana, novēršot defektu izplatīšanos, izmantojot dārgus pakārtotos procesus
- Procesa optimizācija — ļauj inženieriem uzturēt optimālu suspensijas blīvuma logu, maksimāli palielinot noņemšanas ātrumu un samazinot defektu skaitu.
- Uzlabota vafeļu un partiju savstarpējā konsistence, kas nozīmē lielāku kopējo ražošanas ražu
- Ilgstoša iekārtu veselības stāvokļa pasliktināšanās, jo pārāk koncentrēti vai nepietiekami koncentrēti suspensijas var paātrināt pulēšanas spilventiņu, maisītāju un sadales santehnikas nodilumu.
CMP iekārtu uzstādīšanas izvietojums parasti paredz paraugu cilpu vai recirkulācijas līniju novirzīšanu caur mērīšanas zonu, nodrošinot, ka blīvuma rādījumi atspoguļo faktisko plūsmu, kas tiek piegādāta vafelēm.
Precīzs un reāllaikāsuspensijas blīvuma mērīšanaveido pamatu stabilām suspensijas blīvuma kontroles metodēm, atbalstot gan jau izveidotas, gan jaunas pulēšanas suspensijas formulas, tostarp sarežģītas cērija oksīda (CeO₂) suspensijas progresīvai starpslāņa un oksīda CMP. Šī kritiskā parametra saglabāšana ir tieši saistīta ar produktivitāti, izmaksu kontroli un ierīces uzticamību visā ķīmiski mehāniskās planarizācijas procesā.
Vircas blīvuma mērīšanas principi un tehnoloģijas
Suspensijas blīvums apraksta cietvielu masu uz tilpuma vienību pulēšanas suspensijā, piemēram, cērija oksīda (CeO₂) formulās, ko izmanto ķīmiski mehāniskajā planarizācijā (CMP). Šis mainīgais lielums nosaka materiāla noņemšanas ātrumu, izejas vienmērīgumu un defektu līmeņus uz pulētām plāksnēm. Efektīva suspensijas blīvuma mērīšana ir ļoti svarīga progresīvai suspensijas koncentrācijas kontrolei, tieši ietekmējot ražu un defektivitāti pusvadītāju rūpniecības lietojumos.
KMP darbībās tiek izmantoti dažādi suspensijas blīvuma mērītāji, katrs izmantojot atšķirīgus mērīšanas principus. Gravimetriskās metodes balstās uz noteikta suspensijas tilpuma savākšanu un svēršanu, piedāvājot augstu precizitāti, taču tām trūkst reāllaika iespēju un padarot tās nepraktiskas nepārtrauktai lietošanai KMP iekārtu uzstādīšanas vietās. Elektromagnētiskā blīvuma mērītāji izmanto elektromagnētiskos laukus, lai noteiktu blīvumu, pamatojoties uz vadītspējas un dilatācijas izmaiņām suspendēto abrazīvo daļiņu dēļ. Vibrācijas mērītāji, piemēram, vibrācijas cauruļu densitometri, mēra ar suspensiju piepildītas caurules frekvences raksturlīkni; blīvuma izmaiņas ietekmē vibrācijas frekvenci, nodrošinot nepārtrauktu uzraudzību. Šīs tehnoloģijas atbalsta uzraudzību līnijā, bet var būt jutīgas pret piesārņojumu vai ķīmiskām izmaiņām.
Ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītāji ir galvenais tehnoloģiskais sasniegums blīvuma uzraudzībai reāllaikā ķīmiski mehāniskajā planarizācijā. Šie instrumenti izstaro ultraskaņas viļņus caur suspensiju un mēra skaņas izplatīšanās laiku vai ātrumu. Skaņas ātrums vidē ir atkarīgs no tās blīvuma un cietvielu koncentrācijas, ļaujot precīzi noteikt suspensijas īpašības. Ultraskaņas mehānisms ir ļoti piemērots abrazīvām un ķīmiski agresīvām vidēm, kas raksturīgas CMP, jo tas nav intruzīvs un samazina sensoru piesārņojumu salīdzinājumā ar tiešā kontakta mērītājiem. Lonnmeter ražo iebūvētus ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītājus, kas pielāgoti pusvadītāju nozares CMP līnijām.
Ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītāju priekšrocības ietver:
- Neintruzīvi mērījumi: Sensori parasti tiek uzstādīti ārpusē vai apvada plūsmas šūnās, samazinot traucējumus suspensijā un novēršot sensoru virsmu nobrāzumu.
- Reāllaika iespējas: Nepārtraukta izvade ļauj nekavējoties pielāgot procesu, nodrošinot, ka suspensijas blīvums saglabājas noteiktos parametros optimālai vafeļu pulēšanas kvalitātei.
- Augsta precizitāte un izturība: ultraskaņas skeneri piedāvā stabilus un atkārtojamus rādījumus, kurus neietekmē svārstīgais suspensijas ķīmiskais sastāvs vai daļiņu slodze ilgstošas uzstādīšanas laikā.
- Integrācija ar CMP iekārtām: To konstrukcija atbalsta uzstādīšanas izvietojumu recirkulācijas vircas līnijās vai piegādes kolektoros, racionalizējot procesa kontroli bez ilgstošas dīkstāves.
Jaunākie pusvadītāju ražošanas gadījumu pētījumi liecina par defektu samazinājumu līdz pat 30 %, ja cērija oksīda (CeO₂) pulēšanas suspensijas procesos līnijas ultraskaņas blīvuma monitorings papildina ķīmiski mehāniskās planarizācijas iekārtu uzstādīšanu. Automatizēta atgriezeniskā saite no ultraskaņas sensoriem ļauj precīzāk kontrolēt pulēšanas suspensijas formulējumus, kā rezultātā uzlabojas biezuma vienmērīgums un samazinās materiāla atkritumi. Ultraskaņas blīvuma mērītāji, apvienojumā ar spēcīgiem kalibrēšanas protokoliem, saglabā uzticamu veiktspēju, ņemot vērā suspensijas sastāva izmaiņas, kas bieži notiek progresīvās CMP operācijās.
Rezumējot, suspensijas blīvuma mērīšana reāllaikā, īpaši izmantojot ultraskaņas tehnoloģiju, ir kļuvusi par centrālu precīzas suspensijas blīvuma kontroles metožu sastāvdaļu CMP ražošanā. Šie sasniegumi tieši uzlabo ražu, procesa efektivitāti un plākšņu kvalitāti pusvadītāju nozarē.
Instalāciju izvietojums un integrācija CMP sistēmās
Pareiza suspensijas blīvuma mērīšana ir būtiska suspensijas koncentrācijas kontrolei ķīmiski mehāniskajā planarizācijas procesā. Efektīvu suspensijas blīvuma mērītāju uzstādīšanas punktu izvēle tieši ietekmē precizitāti, procesa stabilitāti un plākšņu kvalitāti.
Kritiskie faktori uzstādīšanas punktu izvēlei
KMP iekārtās blīvuma mērītāji jānovieto tā, lai uzraudzītu faktisko vafeļu pulēšanai izmantoto suspensiju. Galvenie uzstādīšanas izvietojumi ietver:
- Recirkulācijas tvertne:Novietojot skaitītāju pie izejas, var iegūt ieskatu par pamatnes vircas stāvokli pirms sadales. Tomēr šajā vietā var nepamanīt izmaiņas, kas notiek tālāk lejup pa straumi, piemēram, burbuļu veidošanos vai lokālus termiskus efektus.
- Piegādes līnijas:Uzstādot pēc sajaukšanas iekārtām un pirms ievades sadales kolektoros, tiek nodrošināts, ka blīvuma mērījums atspoguļo suspensijas galīgo formulu, tostarp cērija oksīda (CeO₂) pulēšanas suspensiju un citas piedevas. Šī pozīcija ļauj nekavējoties noteikt suspensijas koncentrācijas izmaiņas tieši pirms vafeļu apstrādes.
- Lietošanas vietas uzraudzība:Optimālā atrašanās vieta ir tieši augšpus lietošanas punkta vārsta vai instrumenta. Tas fiksē reāllaika suspensijas blīvumu un brīdina operatorus par novirzēm procesa apstākļos, kas var rasties līnijas uzkaršanas, segregācijas vai mikroburbuļu veidošanās dēļ.
Izvēloties uzstādīšanas vietas, jāņem vērā papildu faktori, piemēram, plūsmas režīms, cauruļu orientācija un tuvums sūkņiem vai vārstiem:
- Labvēlībavertikāla montāžaar augšupvērstu plūsmu, lai samazinātu gaisa burbuļu un nogulumu uzkrāšanos uz sensora elementa.
- Lai izvairītos no nolasīšanas kļūdām plūsmas traucējumu dēļ, starp skaitītāju un galvenajiem turbulences avotiem (sūkņiem, vārstiem) jāievēro vairāki cauruļu diametri.
- Lietošanaplūsmas kondicionēšana(taisnotāji vai nomierināšanas sekcijas) blīvuma mērījumu novērtēšanai vienmērīgā laminārā vidē.
Bieži sastopamas problēmas un labākā prakse uzticamai sensoru integrācijai
CMP vircas sistēmas rada vairākas integrācijas problēmas:
- Gaisa iesūkšanās un burbuļi:Ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītāji var nepareizi nolasīt blīvumu, ja ir klāt mikroburbuļi. Izvairieties novietot sensorus gaisa iekļūšanas vai pēkšņu plūsmas pāreju punktu tuvumā, kas parasti notiek sūkņu izplūdes vai maisīšanas tvertņu tuvumā.
- Sedimentācija:Horizontālās līnijās sensori var saskarties ar nosēdušām cietvielām, īpaši ar CeO₂ pulēšanas suspensiju. Lai nodrošinātu precīzu suspensijas blīvuma kontroli, ieteicams vertikāli uzstādīt vai novietot virs iespējamām nosēdumu zonām.
- Sensora piesārņojums:CMP suspensijas satur abrazīvus un ķīmiskus līdzekļus, kas var izraisīt sensora piesārņojumu vai pārklājumu. Lonnmeter iebūvētie instrumenti ir paredzēti, lai to mazinātu, taču regulāra pārbaude un tīrīšana joprojām ir būtiska uzticamības nodrošināšanai.
- Mehāniskās vibrācijas:Tuvuma novietošana aktīvām mehāniskām ierīcēm var radīt troksni sensora iekšienē, pasliktinot mērījumu precizitāti. Izvēlieties uzstādīšanas punktus ar minimālu vibrācijas iedarbību.
Lai iegūtu vislabākos integrācijas rezultātus:
- Uzstādīšanai izmantojiet lamināras plūsmas sekcijas.
- Cik vien iespējams, nodrošiniet vertikālo izlīdzināšanu.
- Nodrošiniet ērtu piekļuvi periodiskai apkopei un kalibrēšanai.
- Izolējiet sensorus no vibrācijas un plūsmas traucējumiem.
CMP
*
Šķidruma koncentrācijas kontroles stratēģijas
Efektīva suspensijas koncentrācijas kontrole ķīmiski mehāniskajā planarizācijas procesā ir būtiska, lai uzturētu vienmērīgu materiāla noņemšanas ātrumu, samazinātu vafeļu virsmas defektus un nodrošinātu vienmērīgumu visās pusvadītāju vafelēs. Lai sasniegtu šo precizitāti, tiek izmantotas vairākas metodes un tehnoloģijas, kas atbalsta gan racionalizētas darbības, gan augstu ierīces ražu.
Metodes un rīki optimālas vircas koncentrācijas uzturēšanai
Suspensijas koncentrācijas kontrole sākas ar abrazīvo daļiņu un ķīmisko vielu uzraudzību pulēšanas suspensijā reāllaikā. Cērija oksīda (CeO₂) pulēšanas suspensijai un citiem CMP preparātiem būtiskas ir tiešas metodes, piemēram, suspensijas blīvuma mērīšana līnijā. Ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītāji, piemēram, Lonnmeter ražotie, nodrošina nepārtrauktus suspensijas blīvuma mērījumus, kas cieši korelē ar kopējo cietvielu saturu un vienmērīgumu.
Papildu metodes ietver duļķainības analīzi, kurā optiskie sensori nosaka suspendēto abrazīvo daļiņu izkliedi, un spektroskopiskas metodes, piemēram, UV-Vis vai tuvā infrasarkanā (NIR) spektroskopiju, lai kvantitatīvi noteiktu galvenos reaģentus suspensijas plūsmā. Šie mērījumi veido CMP procesa vadības sistēmu mugurkaulu, ļaujot veikt tiešraides korekcijas, lai saglabātu mērķa koncentrācijas logus un samazinātu partiju atšķirības.
Elektroķīmiskie sensori tiek izmantoti formulās, kas bagātas ar metāla joniem, sniedzot ātras reaģēšanas informāciju par konkrētām jonu koncentrācijām un atbalstot turpmāku precizēšanu progresīvās pusvadītāju rūpniecības lietojumprogrammās.
Atgriezeniskās saites cilpas un automatizācija slēgtas cilpas vadībai
Mūsdienu ķīmiski mehāniskās planarizācijas iekārtu instalācijās arvien vairāk tiek izmantotas slēgtas cilpas vadības sistēmas, kas savieno iebūvēto metroloģiju ar automatizētām dozēšanas sistēmām. Dati no suspensijas blīvuma mērītājiem un saistītajiem sensoriem tiek padoti tieši programmējamiem loģiskiem kontrolieriem (PLC) vai izkliedētām vadības sistēmām (DCS). Šīs sistēmas automātiski iedarbina vārstus papildināšanas ūdens pievienošanai, koncentrētas suspensijas dozēšanai un pat stabilizatora ievadīšanai, nodrošinot, ka process visu laiku paliek nepieciešamajās darbības robežās.
Šī atgriezeniskās saites arhitektūra ļauj nepārtraukti koriģēt jebkādas novirzes, ko atklāj reāllaika sensori, izvairoties no pārmērīgas atšķaidīšanas, saglabājot optimālu abrazīvu koncentrāciju un samazinot pārmērīgu ķīmisko vielu patēriņu. Piemēram, augstas caurlaidības CMP instrumentā, kas paredzēts progresīviem vafeļu mezgliem, iebūvēts ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītājs noteiks abrazīvu koncentrācijas kritumu un nekavējoties signalizēs dozēšanas sistēmai palielināt suspensijas ievadīšanu, līdz blīvums atgriežas iestatītajā vērtībā. Un otrādi, ja izmērītais blīvums pārsniedz specifikāciju, vadības loģika sāk papildināšanas ūdens pievienošanu, lai atjaunotu pareizas koncentrācijas.
Blīvuma mērīšanas loma piebarošanas ūdens un vircas pievienošanas ātrumu regulēšanā
Šķidruma blīvuma mērīšana ir aktīvās koncentrācijas kontroles stūrakmens. Blīvuma vērtība, ko nodrošina tādi instrumenti kā Lonnmeter iebūvētie blīvuma mērītāji, tieši informē par diviem svarīgiem darbības parametriem: papildināšanas ūdens daudzumu un koncentrēta šķidrumiņa padeves ātrumu.
Novietojot blīvuma mērītājus stratēģiskos punktos, piemēram, pirms CMP instrumenta ievades vai pēc lietošanas punkta maisītāja, reāllaika dati ļauj automatizētām sistēmām pielāgot papildināšanas ūdens pievienošanas ātrumu, tādējādi atšķaidot suspensiju līdz vēlamajām specifikācijām. Vienlaikus sistēma var modulēt koncentrētas suspensijas padeves ātrumu, lai precīzi uzturētu abrazīvo un ķīmisko vielu koncentrācijas, ņemot vērā instrumentu izmantošanu, novecošanās ietekmi un procesa radītos zudumus.
Piemēram, ilgstošu 3D NAND struktūru planarizācijas ciklu laikā nepārtraukta blīvuma uzraudzība nosaka suspensijas agregāciju vai nosēšanās tendences, izraisot automātisku ūdens vai maisīšanas palielināšanu, ja tas nepieciešams procesa stabilitātei. Šī stingri regulētā vadības cilpa ir pamatā stingru vafeļu savstarpējas un vafeļu vienveidības mērķu uzturēšanai, jo īpaši, ja ierīces izmēri un procesa logi sašaurinās.
Rezumējot, suspensijas koncentrācijas kontroles stratēģijas CMP balstās uz progresīvu līnijas mērījumu un automatizētu slēgtas cilpas reakciju apvienojumu. Suspensijas blīvuma mērītājiem, īpaši ultraskaņas iekārtām, piemēram, Lonnmeter, ir galvenā loma augstas izšķirtspējas, savlaicīgu datu sniegšanā, kas nepieciešami stingrai procesa vadībai kritiskos pusvadītāju ražošanas posmos. Šie rīki un metodoloģijas samazina mainīgumu, atbalsta ilgtspējību, optimizējot ķīmisko vielu izmantošanu, un nodrošina precizitāti, kas nepieciešama mūsdienu mezglu tehnoloģijām.
Vircas blīvuma mērītāja izvēles rokasgrāmata pusvadītāju rūpniecībai
Izvēloties suspensijas blīvuma mērītāju ķīmiski mehāniskajai planarizācijai (ĶMP) pusvadītāju rūpniecībā, ir jāpievērš īpaša uzmanība virknei tehnisko prasību. Galvenie veiktspējas un pielietojuma kritēriji ietver jutību, precizitāti, saderību ar agresīvām suspensijas ķīmiskām vielām un vienkāršu integrāciju ĶMP suspensijas piegādes sistēmās un iekārtu instalācijās.
Jūtīguma un precizitātes prasības
KMP procesa kontrole ir atkarīga no nelielām suspensijas sastāva izmaiņām. Blīvuma mērītājam ir jānosaka minimālās izmaiņas 0,001 g/cm³ vai labākas. Šis jutības līmenis ir būtisks, lai identificētu pat ļoti nelielas abrazīvā satura izmaiņas, piemēram, tādas, kas atrodamas CeO₂ pulēšanas suspensijā vai uz silīcija bāzes veidotās suspensijās, jo tās ietekmē materiāla noņemšanas ātrumu, plātņu plakanumu un defektivitāti. Tipisks pieņemams precizitātes diapazons pusvadītāju suspensijas blīvuma mērītājiem ir ±0,001–0,002 g/cm³.
Saderība ar agresīvām vircām
CMP izmantotie suspensijas materiāli var saturēt abrazīvas nanodaļiņas, piemēram, cērija oksīdu (CeO₂), alumīnija oksīdu vai silīcija dioksīdu, kas suspendēti ķīmiski aktīvā vidē. Blīvuma mērītājam jāiztur ilgstoša pakļaušana gan fiziskai nodiluma iedarbībai, gan kodīgai videi, neizkļūjot no kalibrācijas vai neveidojoties piesārņojumam. Materiāliem, ko izmanto mitrinātajās detaļās, jābūt inertiem pret visām parasti izmantotajām suspensijas ķīmiskajām vielām.
Integrācijas vienkāršība
Iebūvētajiem suspensijas blīvuma mērītājiem ir jābūt viegli iekļaujamiem esošajās CMP iekārtu instalācijās. Apsveramie apsvērumi ir šādi:
- Minimāls tukšais tilpums un zems spiediena kritums, lai neietekmētu suspensijas piegādi.
- Atbalsts standarta rūpniecisko procesu savienojumiem ātrai uzstādīšanai un apkopei.
- Izejas saderība (piemēram, analogie/digitālie signāli) reāllaika integrācijai ar vircas koncentrācijas kontroles sistēmām, bet bez pašu sistēmu nodrošināšanas.
Vadošo sensoru tehnoloģiju salīdzinošās iezīmes
Pulēšanas suspensiju blīvuma kontroli galvenokārt veic, izmantojot divas sensoru klases: densitometrijas un refraktometrijas sensorus. Katram no tiem ir priekšrocības, kas ir būtiskas pusvadītāju nozares lietojumiem.
Densitometrijas mērītāji (piemēram, ultraskaņas vircas blīvuma mērītājs)
- Izmanto skaņas izplatīšanās ātrumu suspensijā, kas ir tieši saistīts ar blīvumu.
- Nodrošina augstu linearitāti blīvuma mērījumos dažādās suspensijas koncentrācijās un abrazīvo materiālu veidos.
- Labi piemērots agresīvām pulēšanas suspensijām, tostarp CeO₂ un silīcija dioksīda formulām, jo sensorus var fiziski izolēt no ķīmiskām vielām.
- Tipiskā jutība un precizitāte atbilst prasībai zem 0,001 g/cm³.
- Uzstādīšana parasti notiek līnijā, nodrošinot nepārtrauktus reāllaika mērījumus ķīmiski mehāniskās planarizācijas iekārtas darbības laikā.
Refraktometrijas mērierīces
- Mēra refrakcijas indeksu, lai noteiktu suspensijas blīvumu.
- Efektīvs smalku izmaiņu noteikšanai suspensijas sastāvā, pateicoties augstajai jutībai pret koncentrācijas izmaiņām; spēj atšķirt <0,1% masas daļas izmaiņas.
- Tomēr refrakcijas indekss ir jutīgs pret vides mainīgajiem faktoriem, piemēram, temperatūru, tāpēc ir nepieciešama rūpīga kalibrēšana un temperatūras kompensācija.
- Var būt ierobežota ķīmiskā saderība, īpaši ļoti agresīvās vai necaurspīdīgās suspensijās.
Daļiņu izmēra metroloģija kā papildinājums
- Blīvuma rādījumus var izkropļot daļiņu izmēru sadalījuma vai aglomerācijas izmaiņas.
- Nozares labākā prakse iesaka integrēt periodisku daļiņu izmēra analīzi (piemēram, dinamisko gaismas izkliedi vai elektronmikroskopiju), nodrošinot, ka šķietamā blīvuma nobīdes nav saistītas tikai ar daļiņu aglomerāciju.
Apsvērumi attiecībā uz Lonnmeter iebūvētajiem blīvuma mērītājiem
- Lonnmeter specializējas iebūvētu blīvuma un viskozitātes mērītāju ražošanā, nepiegādājot atbalsta programmatūru vai sistēmu integrācijas.
- Lonnmetru skaitītājus var specificēt tā, lai tie izturētu abrazīvus, ķīmiski aktīvus CMP suspensijas, un tie ir paredzēti tiešai uzstādīšanai pusvadītāju procesa iekārtās, atbilstot suspensijas blīvuma mērīšanas vajadzībām reāllaikā.
Pārskatot iespējas, koncentrējieties uz galvenajiem lietošanas kritērijiem: pārliecinieties, vai blīvuma mērītājs sasniedz nepieciešamo jutību un precizitāti, ir izgatavots no materiāliem, kas ir saderīgi ar jūsu suspensijas ķīmiju, iztur nepārtrauktu darbību un nemanāmi integrējas pulēšanas suspensijas piegādes līnijās CMP procesā. Pusvadītāju nozarē precīza suspensijas blīvuma mērīšana ir pamatā vafeļu vienmērīgumam, ražībai un ražošanas caurlaidspējai.
Efektīvas vircas blīvuma kontroles ietekme uz CMP rezultātiem
Precīza suspensijas blīvuma kontrole ir ļoti svarīga ķīmiski mehāniskās planarizācijas procesā. Ja blīvums tiek uzturēts nemainīgs, pulēšanas laikā esošo abrazīvo daļiņu daudzums saglabājas stabils. Tas tieši ietekmē materiāla noņemšanas ātrumu (MRR) un vafeles virsmas kvalitāti.
Vafeles virsmas defektu samazināšana un uzlabota WIWNU
Ir pierādīts, ka optimāla suspensijas blīvuma uzturēšana samazina plāksnīšu virsmas defektus, piemēram, mikroskrāpējumus, lobīšanos, eroziju un daļiņu piesārņojumu. 2024. gadā veiktie pētījumi liecina, ka kontrolēts blīvuma diapazons, kas parasti ir no 1 svara % līdz 5 svara % koloidālā silīcija dioksīda bāzes formulām, nodrošina vislabāko līdzsvaru starp noņemšanas efektivitāti un defektu samazināšanu. Pārmērīgi augsts blīvums palielina abrazīvās sadursmes, kā rezultātā defektu skaits uz kvadrātcentimetru palielinās divas līdz trīs reizes, ko apstiprina atomspēka mikroskopijas un elipsometrijas analīzes. Stingra blīvuma kontrole uzlabo arī plāksnīšu nevienmērīgumu (WIWNU), nodrošinot, ka materiāls tiek vienmērīgi noņemts visā plāksnītē, kas ir būtiski modernām mezglu pusvadītāju ierīcēm. Vienmērīgs blīvums palīdz novērst procesa novirzes, kas varētu apdraudēt plēves biezuma mērķus vai līdzenumu.
Šķidruma kalpošanas laika pagarināšana un palīgmateriālu izmaksu samazināšana
Suspensijas koncentrācijas kontroles metodes, tostarp reāllaika uzraudzība ar ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītājiem, pagarina CMP pulēšanas suspensijas kalpošanas laiku. Novēršot pārdozēšanu vai pārmērīgu atšķaidīšanu, ķīmiski mehāniskās planarizācijas iekārtas panāk optimālu palīgmateriālu izmantošanu. Šī pieeja samazina suspensijas nomaiņas biežumu un ļauj izmantot pārstrādes stratēģijas, tādējādi samazinot kopējās izmaksas. Piemēram, CeO₂ pulēšanas suspensijas pielietojumos rūpīga blīvuma uzturēšana ļauj atjaunot suspensijas partijas un samazināt atkritumu apjomu, nezaudējot veiktspēju. Efektīva blīvuma kontrole ļauj procesu inženieriem atgūt un atkārtoti izmantot pulēšanas suspensiju, kas atbilst pieņemamām veiktspējas robežvērtībām, tādējādi vēl vairāk ietaupot izmaksas.
Uzlabota atkārtojamība un procesa kontrole progresīvai mezglu ražošanai
Mūsdienu pusvadītāju rūpniecības lietojumprogrammas pieprasa augstu atkārtojamību ķīmiski mehāniskajā planarizācijas posmā. Progresīvā mezglu ražošanā pat nelielas suspensijas blīvuma svārstības var izraisīt nepieņemamas atšķirības plāksnīšu rezultātos. Integrētu ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītāju, piemēram, Lonnmeter ražoto, automatizācija un integrācija nodrošina nepārtrauktu atgriezenisko saiti reāllaikā procesa kontrolei. Šie instrumenti nodrošina precīzus mērījumus skarbajā ķīmiskajā vidē, kas raksturīga CMP, atbalstot slēgtas cilpas sistēmas, kas nekavējoties reaģē uz novirzēm. Uzticams blīvuma mērījums nozīmē lielāku vienmērīgumu no vienas plāksnītes uz otru un stingrāku MRR kontroli, kas ir vitāli svarīgi pusvadītāju ražošanā, kuru biezums ir mazāks par 7 nm. Pareiza iekārtu uzstādīšana — pareiza pozicionēšana suspensijas padeves līnijā — un regulāra apkope ir būtiska, lai nodrošinātu mērītāju uzticamu darbību un sniegtu datus, kas ir kritiski svarīgi procesa stabilitātei.
Atbilstoša suspensijas blīvuma uzturēšana ir būtiska, lai palielinātu produkta ražu, samazinātu defektus un nodrošinātu rentablu ražošanu CMP procesos.
Bieži uzdotie jautājumi (BUJ)
Kāda ir suspensijas blīvuma mērītāja funkcija ķīmiski mehāniskajā planarizācijas procesā?
Šķidruma blīvuma mērītājam ir izšķiroša nozīme ķīmiski mehāniskajā planarizācijas procesā, nepārtraukti mērot pulēšanas šķīduma blīvumu un koncentrāciju. Tā galvenā funkcija ir sniegt reāllaika datus par abrazīvo un ķīmisko līdzsvaru šķīdumā, nodrošinot, ka abi atrodas precīzās robežās optimālai vafeļu planarizācijai. Šī reāllaika kontrole novērš tādus defektus kā skrāpējumi vai nevienmērīga materiāla noņemšana, kas ir bieži sastopama ar pārāk vai nepietiekami atšķaidītiem šķīduma maisījumiem. Vienmērīgs šķīduma blīvums palīdz uzturēt atkārtojamību visos ražošanas posmos, samazina vafeļu atšķirības un atbalsta procesa optimizāciju, iedarbinot koriģējošas darbības, ja tiek konstatētas novirzes. Uzlabotā pusvadītāju ražošanā un augstas uzticamības lietojumprogrammās nepārtraukta uzraudzība arī samazina atkritumus un atbalsta stingrus kvalitātes nodrošināšanas pasākumus.
Kāpēc pusvadītāju rūpniecībā noteiktiem planarizācijas posmiem priekšroka tiek dota CeO₂ pulēšanas suspensijai?
Cērija oksīda (CeO₂) pulēšanas suspensija tiek izvēlēta specifiskiem pusvadītāju planarizācijas posmiem, pateicoties tās izcilajai selektivitātei un ķīmiskajai afinitātei, īpaši attiecībā uz stikla un oksīda plēvēm. Tās vienmērīgās abrazīvās daļiņas nodrošina augstas kvalitātes planarizāciju ar ļoti zemu defektu līmeni un minimālu virsmas skrāpējumu. CeO₂ ķīmiskās īpašības nodrošina stabilu un atkārtojamu noņemšanas ātrumu, kas ir būtiski progresīviem lietojumiem, piemēram, fotonikai un augsta blīvuma integrētajām shēmām. Turklāt CeO₂ suspensija ir izturīga pret aglomerāciju, saglabājot vienmērīgu suspensiju pat ilgstošu CMP darbību laikā.
Kā darbojas ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītājs, salīdzinot ar citiem mērījumu veidiem?
Ultraskaņas suspensijas blīvuma mērītājs darbojas, pārraidot skaņas viļņus caur suspensiju un mērot šo viļņu ātrumu un vājināšanos. Suspensijas blīvums tieši ietekmē viļņu izplatīšanās ātrumu un to, cik lielā mērā to intensitāte samazinās. Šī mērīšanas pieeja nav invazīva un nodrošina reāllaika suspensijas koncentrācijas datus, neizolējot vai fiziski netraucējot procesa plūsmu. Ultraskaņas metodes uzrāda mazāku jutību pret tādiem mainīgajiem lielumiem kā plūsmas ātrums vai daļiņu izmērs, salīdzinot ar mehāniskām (uz pludiņa bāzes) vai gravimetriskām blīvuma mērīšanas sistēmām. Ķīmiski mehāniskajā planarizācijā tas nodrošina uzticamus un robustus mērījumus pat lielas plūsmas, daļiņām bagātās suspensijās.
Kur CMP sistēmā parasti jāuzstāda suspensijas blīvuma mērītāji?
Optimālas suspensijas blīvuma mērītāja uzstādīšanas vietas ķīmiski mehāniskās planarizācijas iekārtās ietver:
- Recirkulācijas tvertne: nepārtrauktai vircas blīvuma uzraudzībai pirms izkliedēšanas.
- Pirms piegādes pulēšanas spilventiņam lietošanas vietā: lai garantētu, ka piegādātā suspensija atbilst mērķa blīvuma specifikācijām.
- Pēc suspensijas sajaukšanas punktiem: nodrošināt, lai jaunizveidotās partijas atbilstu nepieciešamajām receptūrām, pirms tās nonāk procesa cilpā.
Šīs stratēģiskās pozīcijas ļauj ātri noteikt un koriģēt jebkādas suspensijas koncentrācijas novirzes, novēršot vafeļu kvalitātes pasliktināšanos un procesa pārtraukumus. Novietojumu nosaka suspensijas plūsmas dinamika, tipiska maisīšanas uzvedība un nepieciešamība pēc tūlītējas atgriezeniskās saites planarizācijas paliktņa tuvumā.
Kā precīza suspensijas koncentrācijas kontrole uzlabo CMP procesa veiktspēju?
Precīza suspensijas koncentrācijas kontrole uzlabo ķīmiski mehāniskās planarizācijas procesu, nodrošinot vienmērīgu noņemšanas ātrumu, samazinot loksnes pretestības izmaiņas un samazinot virsmas defektu biežumu. Stabils suspensijas blīvums pagarina gan pulēšanas spilventiņa, gan plāksnītes kalpošanas laiku, novēršot abrazīvu pārmērīgu vai nepietiekamu izmantošanu. Tas arī samazina procesa izmaksas, optimizējot suspensijas patēriņu, samazinot atkārtotu apstrādi un atbalstot lielāku pusvadītāju ierīču ražu. Īpaši progresīvā ražošanā un kvantu ierīču izgatavošanā stingra suspensijas kontrole atbalsta reproducējamu līdzenumu, nemainīgu elektrisko veiktspēju un samazinātu noplūdi visās ierīču arhitektūrās.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 9. decembris
