化學機械研磨/拋光 (CMP) 將化學反應和機械研磨結合在一起，是一項成本高昂且具有挑戰(zhàn)性的重要納米拋光工藝。這一工藝是集成電路制造中關鍵的使能步驟，對產(chǎn)量和工作效率都會產(chǎn)生影響。
CMP 簡介
拋光工藝使用含氧化劑的漿料完成，氧化劑通常為過氧化氫 (H2O2)。在制造過程中，將晶圓和拋光墊緊密地壓在一起，同時使二者各自以略微不同的速度逆時針旋轉(zhuǎn)。將漿料鋪在拋光墊的中央，然后結合運用機械操作和化學操作，逐步除去晶圓表面的材料，使晶圓表面局部和整體都順滑平坦。
使用 CMP 漿料前，先在工廠對其進行混合或稀釋。氧化物拋光漿料在購買時通常為濃縮狀態(tài)，使用前在現(xiàn)場加水稀釋，以減少運輸和人工成本。一些多組分拋光漿料只能隨用隨混，因為這些漿料在混合后有效期很短。確保正確地混合至關重要，因為混合效果直接關系到化學反應速率和晶圓拋光速率；混合過程中的任何缺陷都會對可制造性和可靠性產(chǎn)生負面影響。盡管制造點 (POM) 的漿料控制很嚴格，但后續(xù)過程（包括運輸、處理和過濾）會影響化學特性，因此需要對漿料進行連續(xù)監(jiān)測，直到抵達使用點 (POU) 為止，以確保實現(xiàn)高產(chǎn)量。這樣就需要有效、快速、可靠、準確且經(jīng)濟高效的計量工具和方法，因此許多制造廠選擇使用折光儀。
如何借助折射率測量技術來提高生產(chǎn)質(zhì)量
折射率 (RI) 測量技術是一種不消耗漿料的連續(xù)在線測量方法，可幫助制造廠在傳遞工藝相關的實時信息時迅速識別出漿料成分錯誤，從而減少存在風險的晶圓數(shù)量。
CMP 漿料攜帶納米顆粒，其固體含量為 1 - 30%（取決于漿料類型），因此對其中的過氧化氫濃度進行分析極具挑戰(zhàn)性。但通過對特定漿料的折射率及溫度特性進行標定，RI 測量法可以不懼這些困難條件，成功測量出鎢漿料中的過氧化氫濃度并將誤差控制在 ±0.03%（重量）以內(nèi)。
此外，與電導率探頭測試不同，RI 測量可以監(jiān)測 H2O 2 漿料濃度，該指標可以反映漿料隨時間的沉降和降解情況。因此，RI 不僅用于檢驗產(chǎn)品的質(zhì)量，也用于監(jiān)測進廠原始漿料各批次之間的變化，并驗證混合 - 添加步驟。
部分漿料輸送系統(tǒng)擁有一項引人注目的功能，那就是日用槽自動化學品加料功能。
Inline refractive index vs. online titration of hydrogen peroxide in slurry conc%
維薩拉 K?PATENTS® 半導體行業(yè)用折光儀的優(yōu)點
維薩拉 K?PATENTS 半導體行業(yè)用折光儀為半導體制造環(huán)境設計。該儀器尺寸小且不含金屬，因此適合在不影響工藝的情況下測量化學物質(zhì)。
維薩拉 K?PATENTS 半導體行業(yè)用折光儀適合 CMP 操作，因為：
- 測量數(shù)字化，并且不會產(chǎn)生偏差
- 集成了溫度測量組件，可確保高精度的 RI 測量
- 可進行直接密度測量
- 設計堅固可靠，可承受過程中的振動，減少測量誤差
- 通過內(nèi)置診斷程序，可即時了解工藝條件
- 擁有流通池（旨在減少甚至消除結垢現(xiàn)象）。
參考文獻
多年來， DFS公司一直在 CMP 操作中使用維薩拉 K-PATENTS 半導體行業(yè)用折光儀，長期的成功運作證明該設備可靠且準確。“隨著工藝節(jié)點越來越多地采用 CMP 步驟，我們必須確保輸送到拋光工具的漿料的化學特性以及機械特性保持穩(wěn)定一致，”DFS公司化學技術研發(fā)總監(jiān)Karl Urquhart 解釋道，“在線 RI 監(jiān)測可以評估進料的化學成分，檢驗混合添加步驟的質(zhì)量，并且可以通過一次不消耗漿料的實時測量來驗證 CMP 漿料是否混合均勻。”
針對 CMP 漿料的 H2O2 測量裝置于 2013 年在一家大型半導體制造廠中完成安裝，用于取代自動滴定法。安裝后，該測量設備穩(wěn)定運行，并且除了正常的沖洗混漿池外，無需進行儀器維護。
通常，在安裝維薩拉 K-PATENTS 半導體行業(yè)用折光儀后，制造廠的晶圓產(chǎn)量可提升約 20%。此外，CMP 漿料受到嚴格控制，能夠提高研磨過程的均勻性。