
半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)用專題 | ALP_AN_235_CN_納米粒度儀Nicomp Z3000在拋光液(Slurry)的應(yīng)用
奧法美嘉微納米應(yīng)用工程中心 -喬子俊

本文隸屬于半導(dǎo)體應(yīng)用專題,全文共 2445字,閱讀大約需要 8分鐘
摘要:在先進(jìn)半導(dǎo)體制造過(guò)程中,化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)是實(shí)現(xiàn)晶圓全局與局部平坦化的核心工藝,一般認(rèn)為,LPC是影響晶圓缺陷水平與良率的關(guān)鍵指標(biāo),而在實(shí)際應(yīng)用中,拋光液(slurry)的穩(wěn)定性也是影響拋光一致性、缺陷水平及最終良率的重要因素。隨著器件特征尺寸不斷縮小,CMP slurry 中磨料顆粒正向納米化、窄分布和高穩(wěn)定性方向發(fā)展,其粒徑分布與界面電學(xué)特性已成為工藝控制中的關(guān)鍵質(zhì)量屬性。本文系統(tǒng)梳理了 CMP slurry 在制備、儲(chǔ)存及使用全過(guò)程中對(duì)穩(wěn)定性的要求,回顧了粒徑測(cè)試技術(shù)從激光衍射法(LD)到動(dòng)態(tài)光散射法(DLS)的技術(shù)演進(jìn)邏輯,闡明在納米尺度 slurry 體系中 DLS 的適用性與優(yōu)勢(shì)。同時(shí),從穩(wěn)定性機(jī)理出發(fā),重點(diǎn)論證 Zeta 電位作為快速、靈敏穩(wěn)定性表征手段的價(jià)值。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出以 Nicomp 納米粒度儀與 AccuSizer 顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)構(gòu)成“多尺度、多風(fēng)險(xiǎn)維度的 CMP slurry 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系"為先進(jìn) CMP 工藝提供更全面、可靠的表征與質(zhì)量控制方案。
關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:CMP Slurry;粒徑分布;zeta電位;Nicomp Z3000
1.1 行業(yè)背景與發(fā)展趨勢(shì)
化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)技術(shù)被譽(yù)為是當(dāng)今時(shí)代能實(shí)現(xiàn)集成電路(IC)制造中晶圓表面平坦化的重要技術(shù),CMP的效果直接影響到晶圓、芯片最終的質(zhì)量和良率[1]。CMP是通過(guò)表面化學(xué)作用和機(jī)械研磨相結(jié)合的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)晶圓表面平坦化,其過(guò)程如圖1.1所示。CMP過(guò)程中將Slurry(拋光液也稱拋光液)滴在晶圓,用拋光墊以一定的速度進(jìn)行拋光,使得晶圓表面平坦化。


圖1.1. CMP拋光工藝(左側(cè))及原理(右側(cè))示意圖
Slurry主要 是由磨料Si02、Al203、Ce02等)、表面活性劑、穩(wěn)定劑、氧化劑等組成,其中研磨顆粒起到研磨作用,化學(xué)氧化劑提供腐蝕溶解作用。目前全球 CMP 拋光液市場(chǎng)主要被美國(guó)和日本廠商壟斷,占據(jù)全球 CMP 拋光液市場(chǎng)八成市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)廠商安集微電子占據(jù)全球市場(chǎng)的份額3%左右。從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看,根據(jù)QY Research 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)[2],國(guó)內(nèi)拋光液市場(chǎng)規(guī)模到2025年或超過(guò)10億美元。屆時(shí)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占全球市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)50%,遠(yuǎn)高于當(dāng)前約16%的份額。面對(duì)如此龐大的市場(chǎng)需求,對(duì)于拋光液的制備及性能要求也愈發(fā)嚴(yán)苛。除了最基本的質(zhì)量要求外,如何確保Slurry在全部供應(yīng)鏈(包括運(yùn)輸及儲(chǔ)藏)過(guò)程中的穩(wěn)定性、均一性等,一直是Slurry過(guò)去和現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)。
1.2 CMP 的全生命周期流程
在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)制程中,拋光液(slurry)不僅是簡(jiǎn)單的消耗型輔料,而是同時(shí)承擔(dān)化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)、機(jī)械研磨載體以及工藝穩(wěn)定性調(diào)節(jié)器等多重角色,其物理化學(xué)穩(wěn)定性直接決定拋光過(guò)程的可控性與最終晶圓良率。
從應(yīng)用角度看,CMP slurry 通過(guò)連續(xù)供液的方式被引入拋光區(qū)域,在拋光墊與晶圓表面之間形成動(dòng)態(tài)反應(yīng)體系。磨料顆粒在該體系中既參與機(jī)械去除,又與表面反應(yīng)層發(fā)生協(xié)同作用,其粒徑分布、分散狀態(tài)及界面電學(xué)特性共同影響材料去除速率( Material Removal Rate、簡(jiǎn)稱MRR)、表面粗糙度以及缺陷水平。一旦體系中出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚或異常大顆粒,即使其濃度極低,也可能在晶圓表面引入劃痕或微缺陷,并在后續(xù)制程中被進(jìn)一步放大,對(duì)器件性能和良率造成不可逆影響。
在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中,slurry 的穩(wěn)定性挑戰(zhàn)并不僅發(fā)生在 CMP 拋光瞬間,而是貫穿其整個(gè)生命周期。在制備完成后,slurry 通常需要經(jīng)歷一定周期的儲(chǔ)存與運(yùn)輸過(guò)程。在這一階段,體系可能受到溫度波動(dòng)、時(shí)間老化、微量雜質(zhì)引入等因素影響,導(dǎo)致顆粒間相互作用發(fā)生變化。如果分散穩(wěn)定性不足,顆??赡馨l(fā)生緩慢聚集,即使在肉眼或宏觀檢測(cè)中難以察覺(jué),也會(huì)為后續(xù)工藝埋下風(fēng)險(xiǎn)隱患。
進(jìn)入晶圓廠現(xiàn)場(chǎng)后,slurry 還需經(jīng)歷循環(huán)供液、剪切作用以及與設(shè)備材料的接觸。在使用過(guò)程中,流速變化、局部 pH 漂移、拋光反應(yīng)副產(chǎn)物的累積,都會(huì)進(jìn)一步影響顆粒表面狀態(tài)與體系穩(wěn)定性。尤其是在先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)中,slurry 磨料顆粒正向納米化和窄分布方向發(fā)展,其比表面積顯著增大,表面能升高,使體系對(duì)外界擾動(dòng)更加敏感,穩(wěn)定性控制難度顯著提升。

圖1.2 晶圓廠現(xiàn)場(chǎng)圖
1.3 CMP slurry 各階段的質(zhì)量挑戰(zhàn)
在實(shí)際 CMP 工藝中,slurry 需要經(jīng)歷多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景,每一階段都可能對(duì)體系穩(wěn)定性產(chǎn)生影響:
稀釋與混合階段:CMP slurry 在現(xiàn)場(chǎng)供液時(shí)常需與氧化劑(如 H2O2)、pH 調(diào)節(jié)劑等化學(xué)組分混合,這些稀釋或混合會(huì)改變?nèi)芤旱幕瘜W(xué)組成和介電常數(shù),從而影響膠體顆粒的界面電學(xué)特性,降低靜電斥力,使顆粒更易發(fā)生聚集,進(jìn)而影響拋光一致性和去除速率。
輸送階段: slurry 在泵、管路中經(jīng)歷剪切剪切應(yīng)力變化,若剪切過(guò)強(qiáng)可破壞原有平衡,促進(jìn)顆粒間碰撞聚集,導(dǎo)致尾端大顆粒( Large Particle Count(LPC))產(chǎn)生,這些大顆粒在晶圓表面更容易引起劃痕和其他致命缺陷。
儲(chǔ)存階段: slurry 在制造后至現(xiàn)場(chǎng)使用前可能經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存,其組成中的氧化劑(如 H2O2)會(huì)隨時(shí)間分解,pH 值也會(huì)發(fā)生漂移,使膠體體系的穩(wěn)定性下降,并可能引發(fā)聚集與性能退化。

圖2.1 CMP slurry存儲(chǔ)、混合、輸送、過(guò)濾及顆粒檢測(cè)工藝圖
因此,在 CMP 工藝中,slurry 的穩(wěn)定性已不再是單一配方參數(shù)的結(jié)果,而是制備工藝、儲(chǔ)存條件與使用環(huán)境共同作用的綜合體現(xiàn)。只有通過(guò)對(duì) slurry 粒徑分布及穩(wěn)定性相關(guān)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)、精細(xì)的表征,才能在制程早期識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn),保障 CMP 工藝的重復(fù)性與先進(jìn)器件制造的高良率需求。

2.1 大顆粒計(jì)數(shù)(LPC):制程缺陷風(fēng)險(xiǎn)的直接表征指標(biāo)
在 CMP slurry 的質(zhì)量控制實(shí)踐中,行業(yè)通常首先關(guān)注液體顆粒計(jì)數(shù)(LPC)指標(biāo)。這是因?yàn)榇箢w粒與晶圓劃傷及缺陷密度之間存在明確的相關(guān)性,LPC 數(shù)據(jù)能夠直接反映制程缺陷風(fēng)險(xiǎn)水平,在客戶端審核與出廠檢驗(yàn)中占據(jù)重要地位。但單一的 LPC 指標(biāo)僅能反映體系中已形成的異常大顆粒情況,無(wú)法捕捉 slurry 主體結(jié)構(gòu)層面的變化,也難以對(duì)大顆粒的生成趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判,存在明顯的質(zhì)量管控局限性。
2.2 粒徑分布:拋光性能與體系穩(wěn)定性的核心量化維度
CMP 拋光液的核心功能來(lái)源于納米級(jí)磨料顆粒,其粒徑分布特征、分布寬度以及是否存在多峰結(jié)構(gòu)或早期團(tuán)聚行為,直接影響材料去除率(MRR)、表面均勻性以及工藝窗口的穩(wěn)定性。作為 slurry 主體性能的核心量化指標(biāo),粒徑分布的微小漂移往往先于大顆粒異常出現(xiàn),是體系穩(wěn)定性發(fā)生變化的重要信號(hào)。掌握精準(zhǔn)的粒徑分布數(shù)據(jù),能夠從磨料群體結(jié)構(gòu)層面評(píng)估拋光性能的一致性與可預(yù)測(cè)性,也是從源頭把控 slurry 質(zhì)量、防范大顆粒生成的基礎(chǔ)。
2.3 Zeta 電位:粒徑團(tuán)聚的前瞻性預(yù)警指標(biāo)
Zeta 電位反映了顆粒在分散介質(zhì)中滑移面處的電位大小,是評(píng)價(jià)膠體體系穩(wěn)定性且代表性的參數(shù)。一般而言,Zeta 電位絕對(duì)值越高,顆粒間靜電斥力越強(qiáng),體系越不易發(fā)生團(tuán)聚;當(dāng) Zeta 電位接近零或接近等電點(diǎn)(IEP)時(shí),顆粒間斥力顯著減弱,體系易發(fā)生快速聚集,導(dǎo)致粒徑突增甚至沉降。與僅通過(guò)粒徑變化進(jìn)行事后判斷相比,Zeta 電位能夠在粒徑尚未發(fā)生明顯變化之前,對(duì)體系潛在的不穩(wěn)定趨勢(shì)提供前瞻性預(yù)警,成為銜接粒徑分布與大顆粒生成的關(guān)鍵指標(biāo),因此在 slurry 配方篩選、穩(wěn)定性優(yōu)化及使用窗口評(píng)估中具有顯著優(yōu)勢(shì)。
綜上,CMP slurry 質(zhì)量管控的兩大核心維度為:基于粒徑分布結(jié)合 Zeta 電位的性能穩(wěn)定性維度,以及基于大顆粒計(jì)數(shù)的缺陷風(fēng)險(xiǎn)控制維度。前者從磨料結(jié)構(gòu)與膠體穩(wěn)定性層面,評(píng)估拋光性能并從源頭預(yù)判團(tuán)聚風(fēng)險(xiǎn);后者通過(guò)異常顆粒篩查,障制程安全與晶圓良率。單一指標(biāo)無(wú)法全面表征 slurry 質(zhì)量,唯有將多重指標(biāo)結(jié)合,才能構(gòu)建全尺度評(píng)估體系。
基于此,本文將重點(diǎn)圍繞粒徑分布維度展開研究,同步結(jié)合 Zeta 電位穩(wěn)定性表征技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析,LPC 維度可參見后續(xù)一體化解決方案。

圖2.2 Nicomp 與 AccuSizer 系列儀器組合測(cè)試

3.1 傳統(tǒng)激光衍射法(LD)的應(yīng)用與局限
激光衍射法(LD)適用于微米級(jí)顆粒體系,具有測(cè)試速度快的特點(diǎn)。在 CMP slurry 的早期開發(fā)與量產(chǎn)階段,激光衍射法(Laser Diffraction, LD)被廣泛用于磨料粒徑分布的測(cè)試。而對(duì)于納米級(jí)顆粒,LD的檢測(cè)靈敏度、分辨率和準(zhǔn)確性顯著下降,且易受樣品團(tuán)聚與形貌影響,無(wú)法精準(zhǔn)表征該尺度的真實(shí)粒分布。
技術(shù)局限:LD局限性的核心原因是其檢測(cè)原理基于 “靜態(tài)散射光強(qiáng)的角度分布"(激光衍射法(LD)原理圖如圖3.1所示),當(dāng)顆粒尺寸遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)( x?1) 時(shí),小顆粒的散射光強(qiáng)本身較弱,且激光衍射儀的探測(cè)器角度范圍和靈敏度設(shè)計(jì)更適配微米級(jí)顆粒的散射信號(hào)(大角度散射),難以捕捉納米級(jí)顆粒的微弱散射;同時(shí),LD 的數(shù)學(xué)反演模型依賴 “等效球形假設(shè)",非球形納米顆粒的散射信號(hào)易被誤判為大顆粒,且團(tuán)聚體對(duì)衍射峰的干擾會(huì)進(jìn)一步放大誤差,導(dǎo)致無(wú)法精準(zhǔn)表征超細(xì)顆粒的真實(shí)粒徑分布。

圖3.1激光衍射法(LD)原理圖
在使用過(guò)程中,slurry 體系向更小粒徑、更窄分布發(fā)展,當(dāng)顆粒逐步進(jìn)入納米尺度區(qū)間時(shí),LD 的檢測(cè)局限性逐漸顯現(xiàn)。
3.2 動(dòng)態(tài)光散射(DLS)技術(shù)演進(jìn)與優(yōu)勢(shì)
從技術(shù)原理上看,動(dòng)態(tài)光散射與激光衍射法有著本質(zhì)區(qū)別。DLS基于顆粒的布朗運(yùn)動(dòng):懸浮液中的納米顆粒受單色激光照射后,散射光強(qiáng)度隨時(shí)間產(chǎn)生波動(dòng)。通過(guò)分析波動(dòng)信號(hào)得到自相關(guān)函數(shù),獲得衰減時(shí)間常量τ,進(jìn)而計(jì)算顆粒擴(kuò)散系數(shù)D;代入Stokes-Einstein方程式,并計(jì)算出顆粒粒徑。DLS的核心是關(guān)注光強(qiáng)隨時(shí)間的波動(dòng)行為,而非靜態(tài)光強(qiáng)值。

從技術(shù)演進(jìn)看,DLS并非對(duì)傳統(tǒng)激光衍射法(LD)的簡(jiǎn)單替代,而是技術(shù)傳承與升級(jí)。相比之下,DLS技術(shù)專為納米尺度設(shè)計(jì),其高靈敏度與物理基礎(chǔ)(布朗運(yùn)動(dòng))使其在納米顆粒有高精度的優(yōu)勢(shì);DLS并非LD的泛用延伸,而是針對(duì)納米尺度測(cè)量需求所發(fā)展的專用技術(shù)。 根據(jù)ISO 22412標(biāo)準(zhǔn),LD偏向微米級(jí)顆粒的宏觀分布描述,對(duì)納米尺度的細(xì)微變化捕捉能力有限;而DLS專注于瑞利散射區(qū),能夠準(zhǔn)確反映亞微米及納米級(jí)粒徑信息,捕捉細(xì)微變化與潛在風(fēng)險(xiǎn)。
基于這一原理,Nicomp®3000系列納米激光粒度儀采用DLS檢測(cè)粒度分布(0.3nm-10μm),同時(shí)基于多普勒電泳光散射(ELS)檢測(cè)ZETA電位(±500mV),適用于納米級(jí)體系。

Nicomp系列納米粒度儀憑借專有的Nicomp多峰算法,是解決 DLS “多粒徑體系分辨能力不足" 的核心方案 —— 通過(guò)卡方值(Chisquare)判斷體系單峰/多峰特性(>3 時(shí)自動(dòng)切換多峰擬合),可精準(zhǔn)解析復(fù)雜體系的真實(shí)分布,其解析精度高、更貼近樣品真實(shí)分布,尤其適用于復(fù)雜多組分體系。系統(tǒng)內(nèi)置21 CFR Part 11合規(guī)軟件,支持電子簽名與電子記錄,自動(dòng)完成數(shù)據(jù)備份,全面保障數(shù)據(jù)完整性與安全性,并提供完整的軟件驗(yàn)證方案,滿足嚴(yán)格質(zhì)量管理要求。

圖4.2 Nicomp®Z3000 產(chǎn)品實(shí)物圖
粒徑檢測(cè)范圍0.3nm-10μm,Zeta電位檢測(cè)范圍為+/-500mV
搭載Nicomp多峰算法,可以實(shí)時(shí)切換成多峰分布觀察各部分的粒徑。
高分辨率的納米檢測(cè),Nicomp納米激光粒度儀對(duì)于小于10nm的粒子仍然實(shí)現(xiàn)較好的分辨率和準(zhǔn)確度。

圖4.3: 高斯粒徑分布圖

圖4.4: Nicomp多峰粒徑分布圖

5.1 稀釋效應(yīng)
在使用DLS時(shí),大多數(shù)樣品制備研究首先要確定稀釋的效果。[3]本研究中的所有磨料濃度都太高,即使對(duì)粘度進(jìn)行校正也無(wú)法在不稀釋的情況下進(jìn)行測(cè)量。圖5.1顯示了稀釋比例為2:1的氧化鈰磨料的原始數(shù)據(jù)自相關(guān)函數(shù),清楚地說(shuō)明了這一點(diǎn)。如圖5.1所示,沒(méi)有任何曲線可以擬合,只有一條直線,這表明沒(méi)有顆粒運(yùn)動(dòng)或沒(méi)有布朗運(yùn)動(dòng)的光散射到達(dá)檢測(cè)器。

圖5.1氧化鈰磨料相關(guān)函數(shù)稀釋2:1
知道需要稀釋后,下一步就是確定適當(dāng)?shù)南♂尡壤?。即使在校正粘度時(shí),也建議檢查多重散射或擴(kuò)散受限造成的誤差。這兩種機(jī)制都會(huì)給最終計(jì)算結(jié)果增加未知誤差。當(dāng)擴(kuò)散粒子的散射光在到達(dá)檢測(cè)器之前與一個(gè)或多個(gè)其他粒子發(fā)生相互作用時(shí),就會(huì)發(fā)生多重散射。當(dāng)平均粒度隨稀釋而增大,分布寬度(多分散指數(shù)或PI)隨稀釋而減小時(shí)就會(huì)懷疑發(fā)生了多重光散射。受限擴(kuò)散發(fā)生在平移和移動(dòng)過(guò)程中。擴(kuò)散受到附近顆粒的阻礙。當(dāng)平均粒度隨稀釋而減小,而分布寬度或PI變化不大時(shí),則懷疑擴(kuò)散受限。
使用Nicomp系統(tǒng)對(duì)氧化鋁基磨料進(jìn)行了一系列稀釋比的稀釋研究。例如,將100μL樣品稀釋到99.9mL去離子水中,記為D1000。圖5.1.2顯示,稀釋范圍內(nèi)的結(jié)果相當(dāng)穩(wěn)定,但濃度越高,粒度和PI越大。

圖5.1.2 氧化鋁稀釋研究 圖表結(jié)果
下圖:尺寸(左Y軸)和PI(右Y軸)
雖然這項(xiàng)研究可能對(duì)于指出擴(kuò)散受限的影響具有指導(dǎo)意義,但許多分析人員可能會(huì)認(rèn)為所有結(jié)果都很接近,因此這些稀釋比中的任何一個(gè)都是可以接受的。
對(duì)氧化鈰基磨料的稀釋研究提供了多重散射影響結(jié)果的證據(jù)。如圖5.1.3所示,對(duì)于該樣品,報(bào)告的平均粒度在濃度較高時(shí)減小,而PI則增大。

圖5.1.3氧化鈰稀釋研究 圖表結(jié)果
下圖:尺寸(左Y軸)和PI(右Y軸)
5.2 分布寬度
如上所述,磨料粒度分布寬度(PI)也會(huì)影響MRR。[4]在Nicomp系統(tǒng)上對(duì)兩種膠體二氧化硅磨料進(jìn)行了分析。粒度較小的磨料的粒度分布較寬,而粒度較大的磨料的粒度分布要窄很多。圖5.2中的結(jié)果顯示了粒度分布寬度的巨大差異。

圖5.2 兩種二氧化硅磨料的分布寬度差
5.3 單峰VS多峰
Nicomp系統(tǒng)[5]采用兩種算法將相關(guān)函數(shù)轉(zhuǎn)換為粒度分布——高斯算法(單峰)和 Nicomp算法(多峰)。圖5.3顯示了Nicomp系統(tǒng)對(duì)膠體二氧化硅的雙峰結(jié)果。制造商對(duì)該磨料的規(guī)格表報(bào)告了一個(gè)主要和次要峰值,接近圖5.3范圍內(nèi)的粒徑。

圖5.3雙峰膠體二氧化硅磨料
5.4 粒徑分布
DLS的動(dòng)態(tài)范圍約為1nm-1+μm(取決于系統(tǒng)和樣品)。這一動(dòng)態(tài)范圍非常適合測(cè)定 CMP拋光液中使用的絕大多數(shù)磨料的平均粒度。圖5.4顯示了四種磨料(膠體二氧化硅、氧化鋁、鈰和氣相二氧化硅)的粒度分布范圍。

圖5.4 各種磨料的粒徑分布范圍
5.5 ZETA電位
為了控制產(chǎn)品的粒度分布和保質(zhì)期,像這些研磨劑這樣的亞微米懸浮液通常會(huì)進(jìn)行靜電穩(wěn)定。[6]通過(guò)增加顆粒表面的電荷,它們會(huì)像磁鐵一樣相互排斥,永遠(yuǎn)不會(huì)靠近到足以聚集的程度。顆粒帶正電還是負(fù)電并不重要,重要的是絕對(duì)值。根據(jù)所使用的化學(xué)成分,幾種磨料類型可配制成帶負(fù)電荷或正電荷。
用Nicomp系統(tǒng)分析了兩種氧化鋁磨料,以確定其Zeta電位。圖5.5.1和圖5.5.2中的結(jié)果顯示了一種帶負(fù)電的懸浮液和一種帶正電的懸浮液。

圖5.5.1 帶負(fù)電荷的氧化鋁磨料zeta電位

圖5.5.2 帶正電荷的氧化鋁磨料zeta電位
另一個(gè)重要的考慮因素是避免zeta電位等于零時(shí)的pH值,即等電點(diǎn)[7]或IEP。對(duì)圖5.5.2所示的帶正電荷的氧化鋁拋光液進(jìn)行從正電荷到負(fù)電荷的滴定,以確定等電點(diǎn)。使用0.1M KOH 從低到高滴定pH值,結(jié)果如圖5.5.3所示。

圖5.5.3 氧化鋁拋光液的IEP滴定
通過(guò)pH值為5.5.4的IEP后,顆粒平均粒徑從78.4nm急劇增加到3735.6nm。這是因?yàn)樵跊](méi)有低于約10mV的電荷的情況下,顆粒容易聚集。

前文分別闡述了粒徑分布、大顆粒計(jì)數(shù)、Zeta電位在CMP slurry質(zhì)量控制中的各自角色:平均粒徑?jīng)Q定了磨料的基礎(chǔ)研磨能力與工藝適配性,尾端大顆粒濃度直接關(guān)聯(lián)晶圓劃傷風(fēng)險(xiǎn)與良率水平,Zeta電位則從膠體化學(xué)層面揭示了體系的穩(wěn)定性機(jī)理。
在實(shí)際應(yīng)用中,這些參數(shù)并非孤立存在,而是相互關(guān)聯(lián)、共同決定 slurry 的綜合性能。因此,建立一套能夠同步評(píng)估多維度指標(biāo)的整合方案,對(duì)于 slurry 的質(zhì)量控制與提升具有重要意義。
奧法美嘉平臺(tái)提供CMP slurry整套粒度表征解決方案,如下6.1所示。Nicomp系列粒度儀用于平均粒徑的測(cè)試,AccuSizer系列顆粒計(jì)數(shù)器采用單顆粒傳感(SPOS)技術(shù)及自動(dòng)稀釋技術(shù)對(duì)尾端顆粒進(jìn)行一顆顆計(jì)數(shù),下線從150nm開始顆粒計(jì)數(shù)。此外,提供Online系列設(shè)備,在在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)粒徑分布及顆粒濃度,為Slurry的制備及實(shí)際使用保駕護(hù)航。

圖6.1 半導(dǎo)體行業(yè)一體化解決方案示意圖

結(jié)論
先進(jìn) CMP 制程向更小維度的推進(jìn),對(duì)拋光一致性和晶圓良率提出了更高要求,其全生命周期的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)防控也因此需要多維度的評(píng)估體系支撐。傳統(tǒng)激光衍射法難以滿足納米級(jí)磨料的精準(zhǔn)表征需求,而動(dòng)態(tài)光散射(DLS)技術(shù)憑借對(duì)納米尺度顆粒的檢測(cè)優(yōu)勢(shì),成為當(dāng)前 CMP slurry 粒徑表征的核心技術(shù)手段。Nicomp 納米粒度儀作為 DLS 技術(shù)的典型應(yīng)用,不僅能精準(zhǔn)解析 slurry 的粒徑分布與多峰結(jié)構(gòu),還可同步完成 Zeta 電位檢測(cè),從粒徑特征和膠體穩(wěn)定性雙維度,為 slurry 質(zhì)量控制與優(yōu)化提供全面且關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐,高度適配先進(jìn)制程的檢測(cè)需求。而將 Nicomp 系列納米粒度儀與 AccuSizer 系列顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)聯(lián)用,更能構(gòu)建起覆蓋納米尺度基礎(chǔ)性能表征到微米尺度大顆粒缺陷風(fēng)險(xiǎn)防控的多尺度協(xié)同評(píng)估體系,實(shí)現(xiàn)對(duì) slurry 質(zhì)量與尾端異常風(fēng)險(xiǎn)的全維度管控, 并為先進(jìn) CMP 制程的穩(wěn)定運(yùn)行與高良率實(shí)現(xiàn)提供了可靠的技術(shù)保障。
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