二氧化铈 CMP 浆料监测

化学机械抛光/平坦化 (CMP) 是微电子行业广泛使用的一种工艺，通过化学力和机械力来进行平坦化处理。该工艺使用磨料和腐蚀性浆料来帮助平坦化晶圆表面。浆料的粒度分布是控制平坦化工艺成功的关键参数。氧化铈 (ceria) 的浆料广泛地应用于集成电路 (IC) 制造的各种 CMP工艺中，本应用说明记录了 AccuSizer® Mini FX 准确测量二氧化铈 CMP 浆料的平均粒径和浓度，并检查是否存在尾端大粒子的实际案例。

1.  引言

CMP 工艺和 CMP 浆料广泛用于微电路制造过程中的抛光流程，CMP 浆料的性能对于提高设备产量至关重要，需要定期测量浆料的粒度分布 (PSD)。除测量平均粒径之外，还应对尾端大颗粒的存在（即远离主峰的较大颗粒的浓度）进行测量。这些尾端可能来自工艺过程中的污染物，由于化学变化、CMP 输送系统或施加的剪切力而导致的聚集。晶圆中缺陷与划痕的数目与尾端大颗粒计数 (LPC) >0.5-1 μm 有关，理想的表征系统应提供准确的 LPC 值。

2.  颗粒粒径/计数技术

有许多颗粒表征技术可用于测量 CMP 浆料中颗粒的粒径分布。包括动态光散射 (DLS) 和激光衍射在内的光散射技术可以测量粒径大小和粒径分布，但不能提供任何有用的浓度信息。单颗粒光学技术 (SPOS) 在颗粒通过狭窄的测量室时一次测量一个颗粒，从而提供准确的粒径和浓度（颗粒/mL）结果。SPOS 本质上是一种高分辨率的技术，能够检测从偏离主峰的尾端大粒子分布。它常用来检测尾端大粒子浓度和数量，而 LPC 是 CMP 浆料造成晶圆缺陷和划痕的主要原因。

AccuSizer ® Mini可以在实验室中使用，也可以在线点对点使用。

3.  ACCUSIZER MINI

AccuSizer 多年来一直被 CMP 浆料制造商和最终用户用来检测尾端大颗粒是否存在，根据浆料的不同，可以选择直接进行测量，也可以通过自动稀释来优化分析条件。

上图所示的 AccuSizer Mini FX 系统设计用于检测较小尾端大颗粒和高浓度样品。FX 传感器使用聚焦光束来减少检测的总体积，从而提高传感器的浓度限制，通常无需稀释即可进行测量。FX 传感器可测量 0.65–20 μm 的颗粒，其浓度比标准消光/遮光或散射传感器高 200 倍。结果最多可以显示在 512 个大小的通道中。

AccuSizer Mini系统是自动化的，专为满足生产线的要求而设计。内置的触摸屏电脑控制着操作。用户连接化学机械抛光液的旁路、过滤后的去离子水(如有必要，用于清洗和稀释)、50兆帕的空气管路以控制气动，以及排泄管路。

4.  使用的样品

本研究使用了两个二氧化铈样品；二氧化铈 A 具有较小的尾端大颗粒，二氧化铈B具有较大的尾端大颗粒。

5. 结果

对二氧化铈 A 进行了四次分析，以确定基础样品中颗粒的尺寸分布和浓度。四次分析的结果如图 1 所示（浓度为线性标度）和图 2（浓度为对数标度）。

图 1. 二氧化铈 A浓度，线性标度

图 2. 二氧化铈 A，对数标度

接下来，二氧化铈A 中掺入约 1000000  颗粒/mL 的 1.36μm 聚苯乙希乳胶 (PSL) 标准颗粒，以证明检测大颗粒的能力。结果如图 3 和图 4 所示。

图 3. 二氧化铈A（红色）+ 1.36 μm PSL 尖峰（黑色）

图 4. 与图 3 相同，但 y 轴扩展 8 倍

然后，在二氧化铈 A 中掺入 1%（图 5）和 10%（图 6）的二氧化铈 B，后者含有较长尾端大颗粒。图 5 和图 6 中的结果显示了 AccuSizer 对尾端大颗粒的敏感性以及良好的重复性。

图 5. 二氧化铈 A 添加了 1% 二氧化铈B

图 6. 二氧化铈A 添加了 10% 二氧化铈 B

6.  结论

这些结果证实 AccuSizer Mini FX 是一种准确、易于使用的分析工具，可检测低浓度 LPC 颗粒的存在。

该系统可在实验室或工厂中使用。Mini FX 分析仪可以位于流程中的任何位置，通常放置在最终过滤器之后，在浆料与抛光工具中的晶片接触之前进行监测，如图7所示。

图 7. 晶圆加工过程中的 AccuSizer Mini