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摘要：化學(xué)機(jī)械拋光，亦稱化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)，是一種廣泛應(yīng)用于微電子行業(yè)的工藝。這種工藝通過(guò)化學(xué)和機(jī)械組合研磨，使物體表面變得光滑。該工藝使用研磨性和腐蝕性漿料來(lái)實(shí)現(xiàn)晶圓表面的平面化。漿料的粒徑分布是控制平面化工藝成功與否的關(guān)鍵參數(shù)。少量的大顆粒就可以劃傷晶圓或磁盤驅(qū)動(dòng)器的表面，以致降低產(chǎn)量和利潤(rùn)。AccuSizer系列分析儀對(duì)粒徑和濃度進(jìn)行分析，能夠檢測(cè)分布尾部的少數(shù)大顆粒，這些大顆粒在CMP過(guò)程中可能是有害的。

關(guān)鍵詞：CMP漿料、尾端顆粒檢測(cè)

1引言

在微電路制造過(guò)程中，CMP工藝和CMP漿料被廣泛用于拋光。CMP漿料的狀態(tài)最大限度地提高設(shè)備產(chǎn)量，這就需要定期檢測(cè)漿料的粒度分布（PSD）。除了PSD的平均范圍外，監(jiān)測(cè)技術(shù)最好對(duì)尾部大顆粒（即遠(yuǎn)離主峰分布的小濃度存在的大顆粒）的存在具有較高靈敏度。這些尾端大顆粒的存在可能來(lái)自于污染、化學(xué)變化引起的聚集、CMP傳遞系統(tǒng)。大于0.5-1μm的大顆粒數(shù)(LPC)與缺陷或者說(shuō)劃痕數(shù)之間的關(guān)系已經(jīng)被良好地建立起來(lái)，并且理想的測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)提供準(zhǔn)確的LPC值。

2顆粒大小/數(shù)量統(tǒng)計(jì)的檢測(cè)方法

現(xiàn)在有許多顆粒檢測(cè)技術(shù)被用來(lái)檢測(cè)CMP漿料中顆粒的大小和濃度。包括動(dòng)態(tài)光散射（DLS）和激光衍射在內(nèi)的光散射技術(shù)可以檢測(cè)顆粒的大小和分布范圍，但不能提供任何有效的濃度信息。

單顆粒光學(xué)傳感技術(shù)(SPOS)是在顆粒通過(guò)狹窄的樣品池時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，一次檢測(cè)一個(gè)顆粒，然后提供準(zhǔn)確的顆粒大小和濃度(顆粒/毫升)結(jié)果。由于顆粒是單獨(dú)檢測(cè)的，這種技術(shù)本身就具有很高的分辨率，甚至可以檢測(cè)到從主要分布群體中的脫離的極少數(shù)單獨(dú)顆粒。因此，它常用于檢測(cè)LPC。

有些儀器在實(shí)驗(yàn)室使用效果最好，而另一些儀器，例如SPOS，既可以在實(shí)驗(yàn)室使用，也可以在使用地點(diǎn)在線使用(POU)。

3ACCUSIZER的系統(tǒng)范圍

多年來(lái)，CMP漿料制造商和終端用戶一直使用AccuSizer來(lái)檢測(cè)大顆粒尾部的存在。根據(jù)漿料的不同，可以在高濃度下進(jìn)行檢測(cè)，也可以通過(guò)自動(dòng)稀釋來(lái)優(yōu)化分析條件。

圖1 AccuSizer Mini FX系統(tǒng)

AccuSizer FX傳感器使用聚焦束來(lái)減少被檢測(cè)的總體積，從而提高了傳感器的濃度極限，并且通常可以在不稀釋的情況下進(jìn)行檢測(cè)。FX傳感器可檢測(cè)0.65-20μm濃度的顆粒，比標(biāo)準(zhǔn)光阻法或者光散傳感器高出200倍。結(jié)果可顯示在多達(dá)512個(gè)通路中。

該系統(tǒng)可作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室分析包括自動(dòng)稀釋的配置，亦可用于使用點(diǎn)在線使用（如上圖）。這兩種配置都能提供敏感并且準(zhǔn)確的LPC數(shù)據(jù)，這對(duì)CMP漿料至關(guān)重要的。

4LPC檢測(cè)

AccuSizer可用于檢測(cè)CMP漿料中大于1μm的LPC。圖2顯示了用于檢測(cè)添加到二氧化硅CMP漿料基體中，已知濃度為1μm的SiO2顆粒的技術(shù)的對(duì)比。"加標(biāo)"顆粒的濃度在0.175-17500mg/L之間。

圖2.Perturbation Detection Analysis

摘自Nichols, K.等人的《Perturbation Detection Analysis》：一種比較能夠檢測(cè)CMP漿液中大顆粒存在的儀器的方法，報(bào)告由明尼蘇達(dá)州查斯卡的BOC Edwards發(fā)表。

在這項(xiàng)研究中，>0.56μm大小通道的顆粒濃度被用作傳感器 "信號(hào)"。據(jù)報(bào)告，對(duì)于AccuSizer（老版的780型），微擾檢測(cè)限度為0.07毫克/升。

5實(shí)驗(yàn)

一項(xiàng)新的實(shí)驗(yàn)被設(shè)計(jì)用以確認(rèn)在二氧化硅CMP漿料中檢測(cè)1μm顆粒的能力。用1μm的聚苯乙烯乳膠（PSL）球體對(duì)幾種常見的二氧化硅CMP漿料進(jìn)行加標(biāo)。確認(rèn)加標(biāo)顆粒的大小和濃度，然后稀釋進(jìn)行各種研究。所有樣品均在配備FX傳感器AccuSizer Mini FX系統(tǒng)上進(jìn)行分析，其范圍為0.65-20 μm。 

結(jié)果1，漿料A

首先將漿料A稀釋為250:1，以保證檢測(cè)結(jié)果在巧合區(qū)域之外。將1.44 mL 1000×稀釋后的PSL原料(1.74×107/mL)加入250 mL樣品懸浮液(含1 mL原始漿料)中。預(yù)期的加標(biāo)濃度為100000/mL的250∶1稀釋后的樣品懸浮液。結(jié)果如圖2和表1及表2所示。

表1. 漿料A加標(biāo)前的結(jié)果

表2. 漿料A加標(biāo)后的結(jié)果

圖2. 漿料A加標(biāo)前（藍(lán)色）和1μm加標(biāo)后（紅色）

注意在預(yù)期通道中增加了約100,000個(gè)顆粒/毫升。

結(jié)果2，漿料B

在FX POU系統(tǒng)上，對(duì)二氧化硅漿料B未經(jīng)稀釋進(jìn)行檢測(cè)。圖3顯示了在加標(biāo)之前未稀釋的結(jié)果。報(bào)告的濃度為20000顆粒/毫升。

圖3. 漿液B，無(wú)稀釋，無(wú)加標(biāo)

然后將該樣品通過(guò)將57μL的1000×稀釋的1μm PSL標(biāo)準(zhǔn)品（濃度=1.74×107顆粒/mL）加入200mL原漿中，進(jìn)行加標(biāo)。估計(jì)加標(biāo)濃度=5000顆粒/mL。加標(biāo)前后的結(jié)果如圖4所示。

圖4. 漿料B加標(biāo)前（藍(lán)色）和加標(biāo)后（紅色）

結(jié)果3，漿料C

在晶圓廠使用時(shí)，通常將一份漿料C稀釋為兩份去離子水，因此漿料C被作為基礎(chǔ)樣品。首先用FX POU系統(tǒng)在不進(jìn)行稀釋的情況下，對(duì)基礎(chǔ)漿料進(jìn)行檢測(cè)。加標(biāo)前的結(jié)果如圖4所示。請(qǐng)注意，LPC尾部沒(méi)有像在漿液A或B中看到的那樣急劇下降。該濃度為30000顆粒/mL>0.7μm，30mL的漿液中只統(tǒng)計(jì)了5500個(gè)顆粒，分析時(shí)間為兩分鐘。

圖4. 漿液C，無(wú)稀釋，無(wú)加標(biāo)

圖5. 漿液C，無(wú)稀釋，無(wú)加標(biāo)

圖6. 漿液C加標(biāo)前（藍(lán)色）和加標(biāo)后（紅色）

總結(jié)

這些結(jié)果證實(shí)了AccuSizer Mini FX是一款準(zhǔn)確、易用的分析工具，可用于檢測(cè)CMP漿料中低濃度LPC顆粒的存在。該系統(tǒng)可用于實(shí)驗(yàn)室或晶圓廠。