Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) dient der Glättung der Oberfläche von Halbleiterwafern und der Entfernung von überschüssigem Material. Der im CMP-Prozess verwendete Schlamm hat mechanische (abrasive) und chemische Eigenschaften. Wenn die Zusammensetzung des Schlamms variiert, beeinträchtigt dies die Qualität der Wafer. Die Inline-Refraktometer von Vaisala eignen sich hervorragend für die Überwachung des Schlamms sowie die Kontrolle der chargenspezifischen Variationen, Verdünnungen und Mischungen, um Waferqualität und -ertrag zu optimieren.
 

Schlammkonsistenz als entscheidendes Kriterium

Dichte und Zusammensetzung des Schlamms sind für die Qualität des CMP-Prozesses entscheidende Parameter. Es reicht aber nicht, immer die gleiche Schlammmischung zu verwenden. Schlamm wird vom Hersteller in konzentrierter Form geliefert. Er kann von Charge zu Charge variieren. In Halbleiterfertigungsanlagen wird der konzentrierte Schlamm mit deionisiertem Wasser verdünnt. Außerdem wird ein Oxidationsmittel – normalerweise Wasserstoffperoxid (H2O2) – zugegeben. Dies muss unmittelbar vor dem CMP-Prozess geschehen, da H2O2 im Zeitverlauf in Wasser und Sauerstoff zerfällt.

Dieser Zerfall definiert ein kleines Zeitfenster, in dem die Qualität der Oberflächenbehandlung konsistent bleibt, sodass Waferdefekte und Ausschuss minimiert werden. Um die Waferqualität sicherzustellen, müssen die Fertigungsanlagen die Zusammensetzung des Schlamms über den Tag kontinuierlich überwachen. Inline-Refraktometer stellen eine einfache und kostengünstige Lösung für diese Überwachung dar. Refraktometer können an folgenden Stellen installiert werden:  

• An Zuleitungen, um den zugeführten Schlamm und das H2O2 zu überwachen und die Zielkonzentration für den Schlamm festzulegen.
• Im Mischbehälter für den Schlamm zur Regelung der H2O2-Mischung in Echtzeit, um die richtige Konzentration und Mischdauer sicherzustellen. 
• An der CMP-Einheit, damit die Schlammzusammensetzung in den festgelegten Grenzen liegt, bevor der Schlamm mit den Wafern in Kontakt kommt.

Echtzeitergebnisse mit Inline-Messung des Brechungsindex (RI)

Prozessrefraktometer messen den Brechungsindex des Schlamms. Jede Mischung hat eine einzigartige Zusammensetzung und demzufolge einen einzigartigen RI, der mit dem Refraktometer validiert werden kann. Echtzeitmessungen mit einem Inline-Refraktometer bilden die Variationen der Schlammzusammensetzung genauer ab als es mit diskreten Probenahmen möglich ist. Die Messung ist nahezu abweichungsfrei, hängt nicht von der Durchflussrate ab und ihre Genauigkeit wird durch Blasen im Schlamm nicht beeinträchtigt.

Nach der Kalibrierung auf den Brechungsindex und die Temperatureigenschaften eines bestimmten Schlamms sorgen RI-Messungen beispielsweise bei Messung von Kupfer- und Wolframschlamm für hervorragende Wiederholbarkeit. Inline-Messungen sind der Analyse in Labors überlegen, weil sie alle mit der Probenahme und Probenhandhabung verbundenen Unsicherheiten wie H2O2-Zersetzung und Temperaturschwankungen ausschließen.

Vaisala Halbleiterrefraktometer PR-33-S

Das Vaisala Halbleiterrefraktometer PR-33-S wurde speziell für Inline-Echtzeitmessungen in der Halbleiterfertigung entwickelt. Es benötigt wenig Platz und verfügt über Teile und Oberflächen mit metallfreien Teflonbeschichtungen und Saphirbenetzungen, die ideal für die Messung von Schlämmen und aggressiven Chemikalien geeignet sind. Das robuste Design verspricht Langzeitstabilität und eine lange Lebensdauer. Die integrierte Diagnosefunktion stellt die Messleistung jederzeit im Überblick dar. 

Das PR-33-S ermöglicht die direkte Messung der Schlammdichte. Zugleich sorgt der integrierte Temperatursensor für hochpräzise RI-Messungen. Prozessvibrationen werden ohne Messabweichungen toleriert. Dank des einzigartigen optischen Messprinzips und der robusten Konstruktion tritt keine Messabweichung auf und das Gerät ist nahezu wartungsfrei. Für das Gerät sind keine Verbrauchsmaterialien erforderlich und es erzeugt keine chemischen Abfälle. Dadurch stellt es eine kosteneffiziente, zuverlässige und nachhaltige Alternative zur Probenahme und Titration im Labor dar. Studien haben gezeigt, dass Vaisala Refraktometer eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit der Referenztitration erzielen und dabei den Vorteil von Echtzeitergebnissen bieten, die direkt und wiederholbar im Prozess ermittelt werden. 

Schnell, genau und zuverlässig

Die Inline-Messung des Brechungsindex hat sich zum Industriestandard für die schnelle und genaue Überwachung von Schlamm in Echtzeit entwickelt. Refraktometer sind eine sichere, kostengünstige und wartungsarme Lösung zur Überwachung der Dichte und Zusammensetzung von Schlamm. Darüber hinaus sind sie für führende Hersteller das Werkzeug der Wahl zur Erkennung von Fehlern in Misch- und Verteilungssystemen für Schlamm. Indem Hersteller mit Refraktometern kontinuierlich verifizieren, dass der Schlamm den Anforderungen entspricht, können Waferqualität und -ertrag optimiert und zugleich der Abfall reduziert werden.