1. การให้บริบทขั้นสูงPการขัดเงา
CMP ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?
การขัดเงาเชิงกลเคมี (Chemical mechanical polishing หรือ CMP) หรือที่รู้จักกันในชื่อการปรับพื้นผิวด้วยเชิงกลเคมี (Chemical mechanical planarization) เป็นหนึ่งในกระบวนการที่ท้าทายทางเทคโนโลยีและมีความสำคัญทางการเงินมากที่สุดในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่ กระบวนการเฉพาะทางนี้ทำงานเป็นกระบวนการแบบผสมผสานที่ขาดไม่ได้ โดยปรับพื้นผิวเวเฟอร์ให้เรียบเนียนอย่างพิถีพิถันผ่านการประยุกต์ใช้การกัดทางเคมีและการขัดถูทางกายภาพที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ CMP ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในวงจรการผลิต และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเตรียมเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับชั้นถัดไป ซึ่งช่วยให้สามารถรวมวงจรความหนาแน่นสูงที่จำเป็นสำหรับสถาปัตยกรรมอุปกรณ์ขั้นสูงได้โดยตรง
CMP ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
*
ความจำเป็นอย่างยิ่งยวดของการขัดเงาเชิงกลเคมีกระบวนการนี้มีรากฐานมาจากข้อกำหนดทางกายภาพของการพิมพ์หินสมัยใหม่ เนื่องจากคุณสมบัติของวงจรรวมมีขนาดเล็ลงและมีการซ้อนชั้นหลายชั้นในแนวตั้ง ความสามารถของกระบวนการในการกำจัดวัสดุอย่างสม่ำเสมอและสร้างพื้นผิวเรียบทั่วทั้งแผ่นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง หัวขัดเงาแบบไดนามิกได้รับการออกแบบให้หมุนไปตามแกนต่างๆ เพื่อปรับระดับพื้นผิวที่ไม่เรียบของแผ่นเวเฟอร์อย่างพิถีพิถัน เพื่อให้การถ่ายโอนลวดลายประสบความสำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วยเทคนิคที่ล้ำสมัย เช่น การพิมพ์หินด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตแบบเข้มข้น (EUV) พื้นผิวที่ผ่านกระบวนการทั้งหมดต้องอยู่ในระยะชัดลึกที่แคบมาก ซึ่งเป็นข้อจำกัดทางเรขาคณิตที่ต้องการความเรียบระดับอังสตรอมสำหรับเทคโนโลยีขนาดเล็กกว่า 22 นาโนเมตรในปัจจุบัน หากปราศจากพลังในการปรับระดับของหัวขัดเงาแบบไดนามิกกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ CMPหากดำเนินการตามขั้นตอนโฟโตลิโทกราฟีในภายหลัง จะส่งผลให้เกิดความผิดพลาดในการจัดแนว การบิดเบี้ยวของลวดลาย และผลผลิตที่ลดลงอย่างมาก
การนำ CMP มาใช้อย่างแพร่หลายนั้นได้รับแรงผลักดันอย่างมากจากการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมจากการใช้ตัวนำอะลูมิเนียมแบบดั้งเดิมไปสู่การเชื่อมต่อทองแดงประสิทธิภาพสูง การเคลือบโลหะทองแดงใช้กระบวนการสร้างลวดลายแบบเติมแต่งที่เรียกว่าเทคนิคดามัสซีน ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วอาศัยความสามารถเฉพาะตัวของ CMP ในการกำจัดทองแดงส่วนเกินออกอย่างเลือกสรรและสม่ำเสมอ และหยุดการกำจัดอย่างแม่นยำที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะและชั้นฉนวนออกไซด์ การกำจัดวัสดุอย่างเลือกสรรสูงนี้เน้นย้ำถึงความสมดุลทางเคมีและทางกลที่ละเอียดอ่อนซึ่งเป็นตัวกำหนดกระบวนการ ความสมดุลนี้จะถูกทำลายทันทีแม้เพียงความผันผวนเล็กน้อยในตัวกลางการขัดเงา
หน้าที่ของ CMP ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
ข้อกำหนดบังคับสำหรับความแปรผันของพื้นผิวที่ต่ำมากนั้นไม่ใช่เป้าหมายรอง แต่เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นด้านการทำงานโดยตรงสำหรับการทำงานของอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้ เพื่อให้มั่นใจถึงการไหลของกระแสไฟฟ้า การกระจายความร้อน และการจัดเรียงการทำงานที่เหมาะสมในโครงสร้างหลายชั้น ภารกิจหลักของ CMP คือการจัดการพื้นผิว เพื่อสร้างความเรียบที่จำเป็นสำหรับขั้นตอนการประมวลผลที่สำคัญทั้งหมดต่อไป
การใช้งานเฉพาะด้านจะเป็นตัวกำหนดการเลือกวัสดุและข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องการกำหนดสูตรสารละลายข้นกระบวนการ CMP ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อใช้กับวัสดุที่หลากหลาย รวมถึงทังสเตน ทองแดง และซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂)2) และซิลิคอนไนไตรด์ (SiN) สารละลายขัดเงาได้รับการปรับแต่งอย่างพิถีพิถันเพื่อประสิทธิภาพการขัดผิวเรียบสูงและความสามารถในการเลือกวัสดุที่ยอดเยี่ยมในหลากหลายการใช้งาน รวมถึงการแยกชั้นร่องตื้น (Shallow Trench Isolation: STI) และฉนวนไดอิเล็กทริกคั่นกลาง (Interlayer Dielectrics: ILD) ตัวอย่างเช่น สารละลายเซเรียที่มีประสิทธิภาพสูงถูกนำมาใช้เฉพาะสำหรับการใช้งาน ILD เนื่องจากประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในการทำให้พื้นผิวเรียบสม่ำเสมอ ลดความถี่ของข้อบกพร่อง ลักษณะเฉพาะของสารละลายเหล่านี้ยืนยันว่าความไม่เสถียรของกระบวนการที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในพลศาสตร์ของไหลของตัวกลางขัดเงาจะละเมิดข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับการกำจัดวัสดุแบบเลือกได้ทันที
2. บทบาทสำคัญของการดูแลสุขภาพของสารละลาย CMP
CMP ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
ประสิทธิภาพที่ยั่งยืนของกระบวนการขัดเงาเชิงกลเคมี (CMP)กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับการลำเลียงและการทำงานของสารละลายข้นอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำคัญที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีและการขัดถูเชิงกลที่จำเป็น สารละลายข้นที่ซับซ้อนนี้มีลักษณะเป็นสารแขวนลอยคอลลอยด์ ต้องลำเลียงส่วนประกอบที่สำคัญอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอ รวมถึงสารเคมี (สารออกซิไดซ์ สารเร่งปฏิกิริยา และสารยับยั้งการกัดกร่อน) และอนุภาคขัดถูขนาดนาโน ไปยังพื้นผิวเวเฟอร์ที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
องค์ประกอบของสารละลายขัดถูกออกแบบมาเพื่อกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเฉพาะ: กระบวนการที่เหมาะสมที่สุดอาศัยการสร้างชั้นออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำและทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันบนวัสดุเป้าหมาย จากนั้นจึงกำจัดออกด้วยอนุภาคขัดถู กลไกนี้ทำให้เกิดการเลือกกำจัดตามลักษณะภูมิประเทศของพื้นผิวสูง ซึ่งจำเป็นต่อการปรับพื้นผิวให้เรียบอย่างมีประสิทธิภาพ โดยจะเน้นการกำจัดที่จุดสูงหรือส่วนที่ยื่นออกมา ในทางตรงกันข้าม หากปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิดสถานะออกไซด์ที่ละลายน้ำได้ การกำจัดวัสดุจะเป็นแบบไอโซโทรปิก ซึ่งจะทำให้ขาดการเลือกกำจัดตามลักษณะภูมิประเทศที่จำเป็น องค์ประกอบทางกายภาพของสารละลายโดยทั่วไปประกอบด้วยอนุภาคขัดถู (เช่น ซิลิกา เซเรีย) ที่มีขนาดตั้งแต่ 30 ถึง 200 นาโนเมตร แขวนลอยอยู่ที่ความเข้มข้นระหว่าง 0.3 ถึง 12 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักของของแข็ง
CMP Slurry เซมิคอนดักเตอร์
การรักษาสุขภาพของสารกึ่งตัวนำ CMP แบบสารละลายจำเป็นต้องมีการตรวจสอบและควบคุมอย่างเข้มงวดตลอดวงจรชีวิต เนื่องจากความเสื่อมโทรมใดๆ ระหว่างการขนส่งหรือการหมุนเวียนอาจนำไปสู่ความสูญเสียทางการเงินอย่างมาก คุณภาพของเวเฟอร์ขัดเงาขั้นสุดท้าย ซึ่งกำหนดโดยความเรียบเนียนระดับนาโนและระดับข้อบกพร่อง มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความสมบูรณ์ของการกระจายขนาดอนุภาค (PSD) และความเสถียรโดยรวมของสารละลาย
ลักษณะเฉพาะของสิ่งต่างๆประเภทของสารละลาย CMPหมายความว่าอนุภาคขนาดนาโนจะถูกทำให้เสถียรด้วยแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตที่ละเอียดอ่อนภายในสารแขวนลอย สารละลายข้นมักถูกส่งมาในรูปเข้มข้นและจำเป็นต้องมีการเจือจางและผสมกับน้ำและสารออกซิไดเซอร์อย่างแม่นยำ ณ สถานที่ผลิต ที่สำคัญ การพึ่งพาอัตราส่วนการผสมแบบคงที่นั้นมีข้อบกพร่องโดยพื้นฐาน เนื่องจากวัสดุเข้มข้นที่เข้ามานั้นมีความแปรผันของความหนาแน่นระหว่างแต่ละชุดการผลิต
สำหรับการควบคุมกระบวนการ แม้ว่าการวิเคราะห์ PSD และศักย์ซีตา (ความเสถียรของคอลลอยด์) โดยตรงจะเป็นสิ่งสำคัญ แต่โดยทั่วไปแล้วเทคนิคเหล่านี้มักถูกจำกัดไว้สำหรับการวิเคราะห์แบบไม่ต่อเนื่องและแบบออฟไลน์ ความเป็นจริงในการปฏิบัติงานในสภาพแวดล้อมการผลิตปริมาณมาก (HVM) กำหนดให้ต้องมีการตอบรับแบบเรียลไทม์และทันที ดังนั้น ความหนาแน่นและความหนืดจึงเป็นตัวบ่งชี้แบบเรียลไทม์ที่มีประสิทธิภาพและนำไปใช้ได้จริงที่สุดสำหรับการตรวจสอบสภาพของสารละลาย ความหนาแน่นให้การวัดความเข้มข้นของอนุภาคขัดถูทั้งหมดในตัวกลางอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง ความหนืดก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน โดยทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ที่มีความไวสูงต่อสถานะคอลลอยด์และความสมบูรณ์ทางความร้อนของของเหลว ความหนืดที่ไม่เสถียรมักบ่งชี้ถึงอนุภาคขัดถูการรวมกลุ่มหรือการรวมตัวใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะแรงเฉือนแบบไดนามิก ดังนั้น การตรวจสอบและควบคุมพารามิเตอร์ทางรีโอโลยีทั้งสองนี้อย่างต่อเนื่อง จะให้ผลตอบรับที่สามารถนำไปปฏิบัติได้ทันที ซึ่งจำเป็นต่อการตรวจสอบว่าสารละลายยังคงรักษาสถานะทางเคมีและกายภาพตามที่กำหนด ณ จุดใช้งาน
3. การวิเคราะห์ความล้มเหลวเชิงกลไก: ตัวขับเคลื่อนความบกพร่อง
ผลกระทบเชิงลบที่เกิดจากความผันผวนของความหนาแน่นและความหนืดของ CMP
ความแปรปรวนของกระบวนการได้รับการยอมรับว่าเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อความเสี่ยงด้านผลผลิตในการผลิตที่มีปริมาณงานสูงcmp ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์คุณลักษณะของสารละลายข้น ซึ่งโดยรวมเรียกว่า "สุขภาพของสารละลายข้น" นั้นมีความอ่อนไหวอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากแรงเฉือนในการสูบ การผันผวนของอุณหภูมิ และความไม่สม่ำเสมอในการผสม ความเสียหายที่เกิดจากระบบการไหลของสารละลายข้นนั้นแตกต่างจากปัญหาทางกลไกล้วนๆ แต่ทั้งสองอย่างส่งผลให้เกิดเศษเวเฟอร์จำนวนมาก และมักจะตรวจพบได้ก็ต่อเมื่อสายเกินไปแล้วโดยระบบตรวจสอบขั้นสุดท้ายหลังกระบวนการผลิต
การมีอนุภาคหรือกลุ่มอนุภาคขนาดใหญ่มากเกินไปในเซมิคอนดักเตอร์ซีเอ็มพีเห็นได้ชัดว่าวัสดุดังกล่าวมีความเกี่ยวข้องกับการเกิดรอยขีดข่วนขนาดเล็กและข้อบกพร่องร้ายแรงอื่นๆ บนพื้นผิวเวเฟอร์ที่ขัดเงา ความผันผวนของพารามิเตอร์ทางรีโอโลยีที่สำคัญ ได้แก่ ความหนืดและความหนาแน่น เป็นตัวบ่งชี้หลักอย่างต่อเนื่องว่าความสมบูรณ์ของสารละลายถูกทำลาย ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของกลไกการเกิดข้อบกพร่อง
การเปลี่ยนแปลงความหนืดของสารละลายข้น (เช่น ทำให้เกิดการจับตัวเป็นก้อน การเปลี่ยนแปลงแรงเฉือน)
ความหนืดเป็นคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกที่ควบคุมพฤติกรรมการไหลและพลวัตของแรงเสียดทานที่พื้นผิวการขัด ทำให้มีความไวต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อมและแรงทางกลเป็นพิเศษ
ประสิทธิภาพทางเคมีและทางกายภาพของความหนืดของสารละลายข้นเซมิคอนดักเตอร์ระบบนี้ขึ้นอยู่กับการควบคุมอุณหภูมิเป็นอย่างมาก งานวิจัยยืนยันว่าแม้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในกระบวนการเพียง 5 องศาเซลเซียส ก็สามารถทำให้ความหนืดของสารละลายลดลงประมาณ 10% การเปลี่ยนแปลงทางด้านความหนืดนี้ส่งผลโดยตรงต่อความหนาของฟิล์มไฮโดรไดนามิกที่คั่นระหว่างแผ่นเวเฟอร์กับแผ่นขัด ความหนืดที่ลดลงนำไปสู่การหล่อลื่นที่ไม่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดแรงเสียดทานเชิงกลสูงขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของรอยขีดข่วนขนาดเล็กและการสึกหรอของแผ่นขัดที่เร็วขึ้น
กลไกการเสื่อมสภาพที่สำคัญประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการรวมกลุ่มของอนุภาคที่เกิดจากแรงเฉือน สารละลายซิลิกาจะรักษาการแยกตัวของอนุภาคด้วยแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตที่ละเอียดอ่อน เมื่อสารละลายเผชิญกับแรงเฉือนสูง ซึ่งมักเกิดจากปั๊มแรงเหวี่ยงแบบธรรมดาที่ไม่เหมาะสมหรือการหมุนเวียนมากเกินไปในระบบการกระจาย แรงเหล่านี้อาจถูกเอาชนะได้ ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วและไม่สามารถย้อนกลับได้การรวมกลุ่มของอนุภาคขัดถู กลุ่มอนุภาคขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่เหมือนเครื่องมือขูดขีดขนาดเล็ก ทำให้เกิดรอยขีดข่วนขนาดเล็กที่รุนแรงบนพื้นผิวเวเฟอร์โดยตรง การวัดความหนืดแบบเรียลไทม์เป็นกลไกป้อนกลับที่จำเป็นในการตรวจจับเหตุการณ์เหล่านี้ ซึ่งเป็นการตรวจสอบที่สำคัญเกี่ยวกับ "ความอ่อนโยน" ของระบบสูบและกระจายก่อนที่จะเกิดข้อบกพร่องขนาดใหญ่
ความแปรปรวนของความหนืดที่เกิดขึ้นยังส่งผลเสียอย่างมากต่อประสิทธิภาพการปรับพื้นผิวให้เรียบ เนื่องจากความหนืดเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างการขัดเงา โปรไฟล์ความหนืดที่ไม่สม่ำเสมอจะนำไปสู่อัตราการกำจัดวัสดุที่ไม่คงที่ การเพิ่มขึ้นของความหนืดเฉพาะจุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อัตราการเฉือนสูงที่เกิดขึ้นเหนือส่วนที่นูนขึ้นของพื้นผิวเวเฟอร์ จะเปลี่ยนแปลงพลวัตของแรงเสียดทานและบั่นทอนเป้าหมายการปรับพื้นผิวให้เรียบ ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่ข้อบกพร่องทางภูมิประเทศ เช่น การยุบตัวและการกัดเซาะ
ความผันผวนของความหนาแน่นของสารละลายข้น
ความหนาแน่นของสารละลายเป็นตัวบ่งชี้ที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ของความเข้มข้นโดยรวมของอนุภาคของแข็งขัดถูที่แขวนลอยอยู่ในของเหลว ความผันผวนของความหนาแน่นบ่งชี้ถึงการส่งสารละลายที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเชื่อมโยงโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงอัตราการกำจัดวัสดุ (MRR) และการเกิดข้อบกพร่อง
สภาพแวดล้อมการทำงานจำเป็นต้องมีการตรวจสอบองค์ประกอบของสารละลายอย่างต่อเนื่อง การพึ่งพาเพียงแค่การเติมน้ำและสารออกซิไดเซอร์ในปริมาณที่กำหนดลงในสารละลายเข้มข้นที่เข้ามานั้นไม่เพียงพอ เนื่องจากความหนาแน่นของวัตถุดิบมักแตกต่างกัน ทำให้ผลลัพธ์ของกระบวนการที่หัวเครื่องมือไม่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ อนุภาคขัดถู โดยเฉพาะอนุภาคเซเรียที่มีความเข้มข้นสูง อาจเกิดการตกตะกอนหากความเร็วในการไหลหรือความเสถียรของคอลลอยด์ไม่เพียงพอ การตกตะกอนนี้จะสร้างความแตกต่างของความหนาแน่นเฉพาะจุดและการรวมตัวของวัสดุภายในท่อส่ง ทำให้ความสามารถในการส่งปริมาณสารขัดถูที่สม่ำเสมอเป็นไปได้ยาก
How Dความหนาแน่นDการเบี่ยงเบนAffฯลฯ Manยูแฟคตูร์ingProcess?.
ผลกระทบโดยตรงจากความหนาแน่นของสารละลายที่ไม่คงที่ จะปรากฏออกมาในรูปของข้อบกพร่องทางกายภาพที่สำคัญบนพื้นผิวที่ขัดเงา:
อัตราการกำจัดที่ไม่สม่ำเสมอ (WIWNU):ความแปรผันของความหนาแน่นส่งผลโดยตรงต่อความเข้มข้นของอนุภาคขัดถูที่ใช้งานอยู่ ณ พื้นผิวการขัดเงา ความหนาแน่นที่ต่ำกว่าที่กำหนดบ่งชี้ถึงความเข้มข้นของอนุภาคขัดถูที่ลดลง ซึ่งส่งผลให้ MRR ลดลงและเกิดความไม่สม่ำเสมอภายในเวเฟอร์ (WIWNU) ที่ไม่สามารถยอมรับได้ WIWNU บั่นทอนข้อกำหนดพื้นฐานของการปรับระนาบ ในทางกลับกัน ความหนาแน่นสูงเฉพาะจุดจะเพิ่มภาระอนุภาคที่มีประสิทธิภาพ ทำให้เกิดการกำจัดวัสดุมากเกินไป การควบคุมความหนาแน่นอย่างเข้มงวดช่วยให้มั่นใจได้ถึงการส่งอนุภาคขัดถูที่สม่ำเสมอ ซึ่งมีความสัมพันธ์อย่างมากกับแรงเสียดทานที่คงที่และ MRR ที่คาดการณ์ได้
การเกิดหลุมเนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของการเสียดสีเฉพาะจุด:ความเข้มข้นสูงเฉพาะจุดของอนุภาคขัดถู ซึ่งมักเกิดจากการตกตะกอนหรือการผสมที่ไม่เหมาะสม ทำให้เกิดภาระสูงต่ออนุภาคในบริเวณพื้นผิวเวเฟอร์ เมื่ออนุภาคขัดถู โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซเรีย ยึดติดกับชั้นแก้วออกไซด์อย่างแน่นหนา และมีแรงเค้นบนพื้นผิว ภาระทางกลอาจทำให้ชั้นแก้วแตก ส่งผลให้เกิดรอยแตกที่มีขอบคมและลึกหลุมข้อบกพร่อง ความแปรปรวนของอนุภาคกัดกร่อนเหล่านี้อาจเกิดจากการกรองที่ไม่สมบูรณ์ ทำให้อนุภาคขนาดใหญ่เกินไป (อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.5 ไมโครเมตร) ผ่านเข้าไปได้ ซึ่งเป็นผลมาจากการแขวนลอยของอนุภาคที่ไม่ดี การตรวจสอบความหนาแน่นเป็นระบบเตือนภัยเสริมที่สำคัญสำหรับเครื่องนับอนุภาค ช่วยให้วิศวกรกระบวนการตรวจจับการเริ่มต้นของการรวมตัวของอนุภาคกัดกร่อนและรักษาเสถียรภาพของปริมาณอนุภาคกัดกร่อนได้
การเกิดคราบตกค้างเนื่องจากการแขวนลอยของอนุภาคที่ไม่ดี:เมื่อสารแขวนลอยไม่เสถียร ส่งผลให้เกิดความแตกต่างของความหนาแน่นสูง วัสดุที่เป็นของแข็งจะ cenderung สะสมในโครงสร้างการไหล นำไปสู่คลื่นความหนาแน่นและการรวมตัวของวัสดุในระบบการกระจาย17นอกจากนี้ ในระหว่างการขัดเงา สารละลายขัดเงาต้องสามารถชะล้างทั้งผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเคมีและเศษสึกหรอทางกลออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากการแขวนลอยของอนุภาคหรือพลศาสตร์ของของเหลวไม่ดีเนื่องจากความไม่เสถียร เศษเหล่านี้จะไม่ถูกกำจัดออกจากพื้นผิวเวเฟอร์อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เกิดอนุภาคและสารเคมีตกค้างหลังการขัดเงา (post-CMP)เศษเหลือข้อบกพร่อง การแขวนลอยของอนุภาคที่เสถียร ซึ่งรับประกันได้ด้วยการตรวจสอบทางด้านรีโอโลยีอย่างต่อเนื่อง เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเคลื่อนย้ายวัสดุอย่างสะอาดและต่อเนื่อง
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องวัดความหนาแน่น
เครื่องวัดกระบวนการออนไลน์เพิ่มเติม
4. ความเหนือกว่าทางเทคนิคของระบบวัดเชิงเส้นแบบอินไลน์
เครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืดแบบอินไลน์ของ Lonnmeter
เพื่อให้กระบวนการ CMP ที่ผันผวนมีความเสถียรอย่างประสบความสำเร็จ การวัดค่าพารามิเตอร์สภาพของสารละลายอย่างต่อเนื่องและไม่รบกวนการทำงานจึงเป็นสิ่งสำคัญเครื่องวัดความหนาแน่นและความหนืดแบบอินไลน์ของ Lonnmeterใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเซ็นเซอร์เรโซแนนซ์ขั้นสูง ซึ่งให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์วัดแบบดั้งเดิมที่มีความล่าช้า ความสามารถนี้ช่วยให้สามารถตรวจสอบความหนาแน่นได้อย่างราบรื่นและต่อเนื่องโดยตรงในเส้นทางการไหล ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตอบสนองมาตรฐานความบริสุทธิ์และความแม่นยำในการผสมที่เข้มงวดของกระบวนการผลิตระดับต่ำกว่า 28 นาโนเมตรในปัจจุบัน
อธิบายหลักการทางเทคโนโลยีหลัก ความแม่นยำในการวัด ความเร็วในการตอบสนอง ความเสถียร ความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อม CMP ที่รุนแรง และเปรียบเทียบความแตกต่างจากวิธีการแบบออฟไลน์ดั้งเดิม
การทำงานอัตโนมัติของกระบวนการอย่างมีประสิทธิภาพจำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ที่ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะไดนามิก เช่น การไหลสูง ความดันสูง และการสัมผัสกับสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน โดยให้ข้อมูลป้อนกลับแบบทันทีแก่ระบบควบคุม
หลักการทางเทคโนโลยีหลัก: ข้อได้เปรียบของเรโซเนเตอร์
เครื่องมือ Lonnmeter ใช้เทคโนโลยีเรโซแนนซ์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อลดจุดอ่อนโดยธรรมชาติของเครื่องวัดความหนาแน่นแบบท่อรูปตัว U ที่มีรูแคบแบบดั้งเดิม ซึ่งเป็นที่รู้กันว่ามีปัญหาในการใช้งานแบบต่อเนื่องกับสารแขวนลอยคอลลอยด์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
การวัดความหนาแน่น:เดอะเครื่องวัดความหนาแน่นของสารละลายข้นเครื่องมือนี้ใช้ชิ้นส่วนสั่นสะเทือนที่เชื่อมติดกันอย่างสมบูรณ์ โดยทั่วไปจะเป็นชุดประกอบแบบง่ามหรือตัวเรโซเนเตอร์แบบแกนร่วม ชิ้นส่วนนี้จะถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้าแบบเพียโซเพื่อให้สั่นด้วยความถี่ธรรมชาติเฉพาะตัว การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของของเหลวโดยรอบจะทำให้ความถี่ธรรมชาติเปลี่ยนไปอย่างแม่นยำ ทำให้สามารถกำหนดความหนาแน่นได้โดยตรงและเชื่อถือได้สูง
การวัดความหนืด:เดอะเครื่องวัดความหนืดของสารละลายในกระบวนการผลิตใช้เซ็นเซอร์ที่ทนทานซึ่งสั่นอยู่ภายในของเหลว การออกแบบนี้ช่วยให้การวัดความหนืดแยกออกจากผลกระทบของการไหลของของเหลวโดยรวม ทำให้ได้ค่าการวัดคุณสมบัติทางรีโอโลยีของวัสดุที่แท้จริง
ประสิทธิภาพการดำเนินงานและความยืดหยุ่น
การวัดค่าด้วยคลื่นเสียงสะท้อนแบบอินไลน์ให้ค่าประสิทธิภาพที่สำคัญซึ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมปริมาณการผลิตสูงอย่างเข้มงวด:
ความแม่นยำและความเร็วในการตอบสนอง:ระบบแบบอินไลน์ให้ความแม่นยำสูง สามารถทำซ้ำได้ดีเยี่ยม โดยมักได้ค่าความหนืดและความหนาแน่นที่แม่นยำต่ำกว่า 0.1% ลงไปถึง 0.001 กรัม/ซีซี ความแม่นยำสูงนี้ช่วยให้การควบคุมกระบวนการมีความเสถียรและมีประสิทธิภาพความแม่นยำความสามารถในการวัดค่าเดียวกันได้อย่างสม่ำเสมอและตรวจจับความเบี่ยงเบนเล็กน้อยได้อย่างน่าเชื่อถือ มักมีค่ามากกว่าความแม่นยำสัมบูรณ์เพียงเล็กน้อย ที่สำคัญคือ สัญญาณเวลาตอบสนองเซ็นเซอร์เหล่านี้ตอบสนองเร็วมาก โดยปกติจะใช้เวลาประมาณ 5 วินาที การตอบสนองที่รวดเร็วเกือบจะในทันทีนี้ช่วยให้สามารถตรวจจับความผิดพลาดได้ทันทีและปรับระบบควบคุมแบบวงปิดโดยอัตโนมัติ ซึ่งเป็นข้อกำหนดหลักสำหรับการป้องกันการเคลื่อนตัวผิดปกติ
ความเสถียรและความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง:สารละลาย CMP มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง อุปกรณ์วัดแบบติดตั้งในท่อสมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นเพื่อความทนทาน โดยใช้วัสดุและการออกแบบเฉพาะสำหรับการติดตั้งโดยตรงในท่อ เซ็นเซอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบให้ทำงานได้ในช่วงความดัน (เช่น สูงสุด 6.4 MPa) และอุณหภูมิ (สูงสุด 350 ℃) ที่กว้าง การออกแบบที่ไม่ใช้ท่อรูปตัว U ช่วยลดจุดอับและลดความเสี่ยงในการอุดตันที่เกี่ยวข้องกับสารกัดกร่อน ทำให้เซ็นเซอร์มีเวลาใช้งานและความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานสูงสุด
ความแตกต่างจากวิธีการออฟไลน์แบบดั้งเดิม
ความแตกต่างด้านการทำงานระหว่างระบบอัตโนมัติแบบอินไลน์และวิธีการแบบออฟไลน์ด้วยตนเอง เป็นตัวกำหนดช่องว่างระหว่างการควบคุมข้อบกพร่องแบบตอบสนองต่อเหตุการณ์และการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเชิงรุก
| เกณฑ์การติดตาม | แบบออฟไลน์ (การเก็บตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ/เครื่องวัดความหนาแน่นแบบ U-Tube) | เครื่องวัดความหนาแน่น/ความหนืดแบบอินไลน์ (เครื่องวัดความหนาแน่น/ความหนืดแบบลอนน์มิเตอร์) | ผลกระทบต่อกระบวนการ |
| ความเร็วในการวัด | ล่าช้า (ชั่วโมง) | เรียลไทม์ต่อเนื่อง (เวลาตอบสนองโดยทั่วไป 5 วินาที) | ช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการแบบป้องกันและครบวงจรได้ |
| ความสอดคล้อง/ความแม่นยำของข้อมูล | ความเสี่ยงต่ำ (มีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดจากการทำงานด้วยมือและการเสื่อมสภาพของตัวอย่างสูง) | ระดับสูง (ระบบอัตโนมัติ ความแม่นยำสูง และทำซ้ำได้ดี) | กำหนดขีดจำกัดการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดขึ้นและลดผลลัพธ์ที่ผิดพลาดลง |
| ความเข้ากันได้กับสารขัดถู | เสี่ยงต่อการอุดตันสูง (การออกแบบท่อรูปตัว U ที่แคบ) | ความเสี่ยงต่อการอุดตันต่ำ (การออกแบบตัวเรโซเนเตอร์ที่แข็งแรงทนทาน ไม่ใช่แบบท่อรูปตัว U) | เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์ให้สูงสุดในสภาพแวดล้อมที่มีการเสียดสีสูง |
| ความสามารถในการตรวจจับข้อผิดพลาด | ตอบสนองทันที (ตรวจจับความผิดปกติที่เกิดขึ้นเมื่อหลายชั่วโมงก่อน) | ทำงานเชิงรุก (ติดตามการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิก ตรวจจับความผิดปกติได้ตั้งแต่เนิ่นๆ) | ป้องกันความเสียหายร้ายแรงจากการผลิตเวเฟอร์และการลดลงของผลผลิต |
ตารางที่ 3: การวิเคราะห์เปรียบเทียบ: การวัดสารละลายแบบอินไลน์เทียบกับการวัดสารละลายแบบดั้งเดิม
การวิเคราะห์แบบออฟไลน์แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องมีกระบวนการสกัดและขนส่งตัวอย่าง ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วจะทำให้เกิดความล่าช้าอย่างมากในกระบวนการวัด ความล่าช้านี้อาจกินเวลานานหลายชั่วโมง ทำให้เมื่อตรวจพบความผิดปกติในที่สุด แผ่นเวเฟอร์จำนวนมากก็ได้รับผลกระทบไปแล้ว ยิ่งไปกว่านั้น การจัดการด้วยมือยังทำให้เกิดความแปรปรวนและเสี่ยงต่อการเสื่อมสภาพของตัวอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหลังการเก็บตัวอย่าง ซึ่งอาจทำให้ค่าความหนืดที่วัดได้ผิดเพี้ยนไป
ระบบวัดแบบเรียลไทม์ช่วยขจัดความล่าช้าที่เป็นปัญหา ทำให้ได้ข้อมูลอย่างต่อเนื่องจากสายส่งโดยตรง ความเร็วนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตรวจจับข้อผิดพลาด เมื่อรวมกับการออกแบบที่แข็งแรงทนทานและไม่เกิดการอุดตัน ซึ่งจำเป็นสำหรับวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน จะทำให้ได้ข้อมูลที่เชื่อถือได้สำหรับการรักษาเสถียรภาพของระบบส่งทั้งหมด ในขณะที่ความซับซ้อนของ CMP กำหนดให้ต้องตรวจสอบพารามิเตอร์หลายตัว (เช่น ดัชนีหักเหหรือค่า pH) ความหนาแน่นและความหนืดให้ข้อมูลป้อนกลับแบบเรียลไทม์ที่ตรงที่สุดเกี่ยวกับเสถียรภาพทางกายภาพพื้นฐานของสารแขวนลอยที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ซึ่งมักจะไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ เช่น ค่า pH หรือศักยภาพการลดออกซิเดชัน (ORP) เนื่องจากการบัฟเฟอร์ทางเคมี
5. ความจำเป็นทางเศรษฐกิจและการดำเนินงาน
ประโยชน์ของการตรวจสอบความหนาแน่นและความหนืดแบบเรียลไทม์
สำหรับสายการผลิตขั้นสูงใดๆ ที่...CMP ในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เมื่อนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ ความสำเร็จจะวัดจากผลผลิตที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความเสถียรของกระบวนการสูงสุด และการบริหารจัดการต้นทุนอย่างเข้มงวด การตรวจสอบคุณสมบัติทางรีโอโลยีแบบเรียลไทม์จะช่วยสร้างโครงสร้างพื้นฐานข้อมูลที่จำเป็นต่อการบรรลุเป้าหมายทางการค้าเหล่านี้
ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการ
การตรวจสอบสารละลายอย่างต่อเนื่องและมีความแม่นยำสูงช่วยรับประกันว่าพารามิเตอร์สำคัญของสารละลายที่ส่งไปยังจุดใช้งาน (POU) จะอยู่ภายในขอบเขตการควบคุมที่เข้มงวดเป็นพิเศษ โดยไม่คำนึงถึงสัญญาณรบกวนจากกระบวนการต้นทาง ตัวอย่างเช่น เนื่องจากความแปรปรวนของความหนาแน่นที่มีอยู่ในสารละลายดิบที่เข้ามา การปฏิบัติตามสูตรเพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพอ การตรวจสอบความหนาแน่นในถังผสมแบบเรียลไทม์ช่วยให้ระบบควบคุมสามารถปรับอัตราส่วนการเจือจางได้แบบไดนามิก ทำให้มั่นใจได้ว่าความเข้มข้นเป้าหมายที่แม่นยำจะคงอยู่ตลอดกระบวนการผสม ซึ่งจะช่วยลดความแปรปรวนของกระบวนการที่เกิดจากวัตถุดิบที่ไม่สม่ำเสมอได้อย่างมาก ส่งผลให้ประสิทธิภาพการขัดเงาสามารถคาดการณ์ได้สูง และลดความถี่และขนาดของการเปลี่ยนแปลงกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายสูงได้อย่างมาก
เพิ่มผลผลิต
การแก้ไขปัญหาความล้มเหลวทางกลและทางเคมีที่เกิดจากสภาวะสารละลายที่ไม่เสถียรโดยตรง เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการเพิ่มประสิทธิภาพบริษัทผลิตเซมิคอนดักเตอร์ CMPอัตราผลผลิต ระบบตรวจสอบแบบเรียลไทม์เชิงคาดการณ์ช่วยปกป้องผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โรงงานผลิตที่นำระบบดังกล่าวมาใช้ประสบความสำเร็จอย่างมาก รวมถึงรายงานการลดจำนวนข้อบกพร่องที่หลุดรอดไปได้ถึง 25% ความสามารถในการป้องกันนี้เปลี่ยนกระบวนทัศน์การดำเนินงานจากการตอบสนองต่อข้อบกพร่องที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ไปสู่การป้องกันการก่อตัวของข้อบกพร่องอย่างแข็งขัน ซึ่งจะช่วยปกป้องเวเฟอร์มูลค่าหลายล้านดอลลาร์จากรอยขีดข่วนขนาดเล็กและความเสียหายอื่นๆ ที่เกิดจากกลุ่มอนุภาคที่ไม่เสถียร ความสามารถในการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิก เช่น การลดลงของความหนืดอย่างกะทันหันซึ่งบ่งชี้ถึงความเครียดจากความร้อนหรือแรงเฉือน ช่วยให้สามารถแทรกแซงได้ก่อนที่ปัจจัยเหล่านี้จะแพร่กระจายข้อบกพร่องไปยังเวเฟอร์หลายแผ่น
ลดการทำงานซ้ำ
ผลิตภัณฑ์ปรับปรุงใหม่อัตราการแก้ไขงานซ้ำ ซึ่งนิยามว่าคือเปอร์เซ็นต์ของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตแล้วที่ต้องนำไปประมวลผลใหม่เนื่องจากข้อผิดพลาดหรือข้อบกพร่อง เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพการผลิตที่สำคัญอย่างยิ่ง อัตราการแก้ไขงานซ้ำที่สูงจะสิ้นเปลืองแรงงานอันมีค่า สิ้นเปลืองวัสดุ และทำให้เกิดความล่าช้าอย่างมาก เนื่องจากข้อบกพร่อง เช่น การบิดเบี้ยว การขจัดที่ไม่สม่ำเสมอ และรอยขีดข่วน เป็นผลโดยตรงจากความไม่เสถียรทางด้านรีโอโลยี การทำให้การไหลของสารละลายมีความเสถียรผ่านการควบคุมความหนาแน่นและความหนืดอย่างต่อเนื่องจะช่วยลดการเกิดข้อผิดพลาดที่สำคัญเหล่านี้ได้อย่างมาก การทำให้กระบวนการมีความเสถียรจะช่วยลดการเกิดข้อบกพร่องที่ต้องซ่อมแซมหรือขัดเงาใหม่ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานโดยรวมและทีมงานดีขึ้น
ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนการดำเนินงาน
สารละลาย CMP เป็นวัสดุสิ้นเปลืองที่มีต้นทุนสูงในกระบวนการผลิต เมื่อความไม่แน่นอนของกระบวนการกำหนดให้ใช้ค่าเผื่อความปลอดภัยที่กว้างและระมัดระวังในการผสมและการบริโภค ผลที่ได้คือการใช้งานที่ไม่มีประสิทธิภาพและต้นทุนการดำเนินงานสูง การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ช่วยให้การจัดการสารละลายมีประสิทธิภาพและแม่นยำ ตัวอย่างเช่น การควบคุมอย่างต่อเนื่องช่วยให้สามารถกำหนดอัตราส่วนการผสมที่แม่นยำ ลดการใช้น้ำเจือจาง และทำให้มั่นใจได้ว่าสารละลายที่มีราคาสูงจะไม่สูญเปล่าองค์ประกอบของสารละลาย CMPมีการใช้งานอย่างเหมาะสม ช่วยลดของเสียจากวัสดุและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน นอกจากนี้ การวินิจฉัยทางด้านรีโอโลยีแบบเรียลไทม์ยังสามารถให้สัญญาณเตือนล่วงหน้าเกี่ยวกับปัญหาของอุปกรณ์ เช่น การสึกหรอของแผ่นรองหรือปั๊มเสีย ซึ่งช่วยให้สามารถบำรุงรักษาตามสภาพได้ก่อนที่ความผิดปกติจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสารละลายอย่างรุนแรงและส่งผลให้ต้องหยุดการทำงานในที่สุด
การผลิตที่ให้ผลผลิตสูงอย่างต่อเนื่องจำเป็นต้องกำจัดความแปรปรวนในกระบวนการสำคัญทั้งหมด เทคโนโลยีเรโซแนนซ์ของ Lonnmeter มอบความแข็งแกร่ง ความเร็ว และความแม่นยำที่จำเป็นเพื่อลดความเสี่ยงของโครงสร้างพื้นฐานการส่งสารละลาย ด้วยการบูรณาการข้อมูลความหนาแน่นและความหนืดแบบเรียลไทม์ วิศวกรกระบวนการจึงได้รับข้อมูลเชิงลึกที่นำไปใช้ได้จริงอย่างต่อเนื่อง ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพการขัดเงาที่คาดการณ์ได้และปกป้องผลผลิตของเวเฟอร์จากการไม่เสถียรของคอลลอยด์
เพื่อเริ่มต้นการเปลี่ยนผ่านจากการจัดการผลผลิตเชิงรับไปสู่การควบคุมกระบวนการเชิงรุก:
เพิ่มให้สูงสุดเวลาทำงานและลดขนาดปรับปรุงใหม่:ดาวน์โหลดข้อกำหนดทางเทคนิคของเราและเริ่มต้นยื่นคำขอเสนอราคา (RFQ) ในวันนี้
เราขอเชิญวิศวกรอาวุโสด้านกระบวนการและผลผลิตเข้าร่วมงานส่งเอกสารขอใบเสนอราคา (RFQ) ที่ละเอียดถี่ถ้วน ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคของเราจะพัฒนากลยุทธ์การดำเนินงานที่แม่นยำ โดยบูรณาการเทคโนโลยี Lonnmeter ที่มีความแม่นยำสูงเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานการกระจายสารละลายของคุณ เพื่อประเมินปริมาณการลดลงของความหนาแน่นของข้อบกพร่องและการใช้สารละลายที่คาดการณ์ไว้ติดต่อขณะนี้ทีมงานระบบอัตโนมัติกระบวนการของเราพร้อมที่จะ...ปลอดภัยข้อได้เปรียบด้านผลผลิตของคุณค้นพบความแม่นยำที่จำเป็นอย่างยิ่งในการทำให้ขั้นตอนการปรับระดับพื้นผิวที่สำคัญที่สุดของคุณมีเสถียรภาพ
