Le polissage mécano-chimique (CMP) est utilisé pour lisser la surface des wafers de semi-conducteurs et éliminer l'excès de matériau. La barbotine utilisée dans le procédé CMP possède des propriétés à la fois mécaniques (abrasives) et chimiques. Si la composition de la barbotine n'est pas cohérente, la qualité du wafer est affecté. Les réfractomètres de procédé en ligne de Vaisala sont particulièrement adaptés à la surveillance des barbotines, au contrôle de la variation, de la dilution et du mélange d'un lot à l'autre et à la garantie d'une qualité et d'un rendement optimaux des wafers.
 

La consistance de la barbotine est essentielle

La densité et la composition du lisier sont des paramètres critiques pour la qualité du procédé CMP, mais il ne suffit pas d'utiliser toujours le même mélange de barbotine. La barbotine est livrée par le fabricant sous forme concentrée et peut varier d'un lot à l'autre. L'usine de fabrication de semi-conducteurs (usine) dilue la barbotine concentrée avec de l'eau déminéralisée et ajoute   un agent oxydant, généralement du peroxyde d'hydrogène (H2O2). Cela doit être fait juste avant le procédé CMP car le H2O2 se dégrade en eau et en oxygène au fil du temps.

Cette dégradation introduit une fenêtre de temps limitée pendant laquelle il est possible de maintenir une qualité de planarisation de surface constante et de minimiser les défauts et les mises au rebut des plaquettes. Pour garantir la qualité des wafers, les usines de fabrication doivent être capables de surveiller en permanence la composition des barbotines tout au long de la journée. Les réfractomètres de procédé en ligne offrent un moyen simple et rentable d'effectuer cette surveillance. Les réfractomètres peuvent être installés aux endroits suivants :  

• Sur les conduites d'alimentation pour surveiller la barbotine entrante et le H2O2 et définir le niveau de concentration cible de dilution de la barbotine.
• Dans le réservoir du mélangeur de barbotine pour un contrôle en temps réel du mélange de H2O2 afin de garantir la concentration et le temps de mélange corrects. 
• Au niveau de l'outil CMP, pour garantir que la composition de la barbotine se situe dans les limites définies avant qu'elle n'entre en contact avec les plaquettes.

Résultats en temps réel avec mesure de l'indice de réfraction (RI) en ligne

Les réfractomètres de procédé fonctionnent en mesurant le RI de la barbotine. Chaque mélange possède une composition unique et donc un RI unique, qui peut être validé et caractérisé à l'aide du réfractomètre. La mesure en temps réel à l'aide d'un réfractomètre en ligne fournit une image plus précise des variations de composition de la barbotine que n'importe quelle méthode d'échantillonnage discret. De plus, la mesure est pratiquement sans dérive, ne dépend pas du débit et l'exactitude n'est pas affectée par les bulles dans la barbotine.

Une fois étalonnées en fonction de l'indice de réfraction et des caractéristiques de température d'une barbotine spécifique, les mesures RI peuvent atteindre une excellente répétabilité lorsqu'elles sont utilisées pour mesurer, par exemple, des barbotines de cuivre et de tungstène. Les mesures en ligne sont supérieures aux méthodes en laboratoire car elles éliminent toute incertitude introduite dans l'échantillonnage et la manipulation des échantillons, telle que la détérioration du H2O2 ou les changements de température.

Réfractomètre Vaisala PR-33-S Semicon

Le réfractomètre Vaisala PR-33-S Semicon est spécialement conçu pour les mesures en ligne et en temps réel dans les environnements de fabrication de semi-conducteurs. Il a un faible encombrement et des pièces et des surfaces sans métal en contact avec le saphir et le téflon, ce qui le rend idéal pour mesurer les barbotines et les produits chimiques agressifs. La conception robuste promet une stabilité à long terme et une longue durée de vie, et les diagnostics intégrés fournissent un aperçu instantané des performances de mesure. 

Le PR-33-S offre une mesure directe de la densité des barbotines et le capteur de température intégré garantit une mesure RI très précise, tolérant les vibrations du procédé sans erreur de mesure. Grâce au principe de mesure optique unique et à la conception robuste, il n'y a aucune dérive de mesure et l'appareil ne nécessite pratiquement aucune maintenance. L'appareil ne nécessite aucun consommable et ne génère pas de déchets chimiques, offrant ainsi une alternative rentable, fiable et durable à l'échantillonnage et au titrage en laboratoire. Des études ont prouvé que les réfractomètres Vaisala présentent un excellent accord avec le titrage de référence, mais avec l'avantage de résultats en temps réel, directs et reproductibles à partir du procédé. 

Rapidité, précision et fiabilité

La mesure RI en ligne est devenue la norme industrielle pour une surveillance rapide, précise et en temps réel des barbotines. Les réfractomètres constituent une méthode sûre, rentable et nécessitant peu de maintenance pour surveiller la densité et la composition des barbotines. Ils constituent également l'outil de choix des principales usines de fabrication pour détecter les défauts des systèmes de mélange et de distribution de barbotine. En vérifiant que les barbotines répondent systématiquement aux exigences, les réfractomètres permettent aux usines de fabrication de garantir une qualité et un rendement optimaux des wafers tout en réduisant les déchets.