CMP浆液粒度分析中SOPS与Fraunhofer的比较

在半导体工业中，更精密的平面化步骤控制是更高密度芯片技术的关键工艺要求。使用被称为化学-机械刨光(CMP)的金属氧化物泥浆的胶体分散会影响刨光或抛光步骤。这些浆料主要是二氧化硅和氧化铝，平均直径在10-200nm范围内。

激光衍射是表征这些浆体粒径分布(PSD)的常用技术。众所周知，在这些浆液中存在体积百分比大于1µm的小颗粒，它们的存在会在晶圆表面造成划痕等缺陷。欧洲杯猜球平台本文演示了单粒子光学分级(SPOS)与激光衍射相比，是一种更好的定量表征CMP浆液的工具。

激光衍射的局限性

激光衍射器件由于其快速的测量时间和大的动态范围而得到广泛的应用。然而，它们是基于集成技术，需要一个相对复杂和“病态”的数学算法来产生PSD的近似表示。

激光衍射是夫琅和费衍射和米氏散射原理的结合。夫琅和费衍射依赖于衍射现象引起的散射光强的图案。然而，对于小于2 μ m的粒子，无法观察到由衍射现象引起的周期强度变化的空间模式。欧洲杯猜球平台相反，起作用的机制是光散射。

因此，有必要实施基于Mie散射理论的第二次测量，以获得比这个夫琅和费下限更小的粒子的甚至中等可靠的尺寸信息，该下限实际上包含了典型cmp的总体分布。欧洲杯猜球平台这个理论描述了散射强度在相对较大角度上的变化，这是由单个粒子内不同点散射的单个光波的相互干涉造成的。这导致了散射强度的角依赖，它依赖于粒子的折射率，粒子直径和激光波长。

此外，粒子吸收的光量显著影响散射强度随角度的变化。欧洲杯猜球平台这方面是由粒子的(复)折射率的虚部来解释的。欧洲杯猜球平台因此，需要提供浆体颗粒折射率的实分量和虚分量。欧洲杯猜球平台

最后，光散射器件需要成功地集成夫琅和费衍射和米氏散射分析的结果，为psd提供准确可靠的结果，因为psd的物理区域和理论都是重叠的。因此，对于基于这些物理原理的设备来说，从两种完全不同的物理现象中产生适当的“混合”结果是一项具有技术挑战性的任务。

激光衍射产生一个可靠的平均颗粒直径的CMPs是稳定的和“好的”抛光浆。然而，这种技术不足以描述不稳定的“坏”泥浆，因为它们包含大量的“异常”颗粒，经常在计算的PSD中产生难以接受的大伪象。欧洲杯猜球平台

SPOS技术能力

SPOS技术基于光暗度对粒子进行计数，一次一个。欧洲杯猜球平台因此，它具有前所未有的灵敏度和分辨率，以确定造成缺陷的粒子。欧洲杯猜球平台作为单粒子计数器，它基本上不受激光衍射技术获得的psd所显示的不稳定性和伪影的影响。

SPOS技术能够准确、重复性地提供浆体最大颗粒区域的定量信息，这对浆体性能具有重要意义。欧洲杯猜球平台图1a是由SPOS在两种制造商指定直径为350nm的氧化铈型浆液上获得的粒子分布。泥浆1被观察到是性能良好的泥浆，而泥浆2被认为是不稳定的，因为它会在容器底部产生沉淀物。

图1所示。一个。氧化铈浆1(圆形)和浆2(三角形)的分布b.浆液1和浆液2的体积加权psd。

图1b包含了这些相同样品的体积加权分布，显示了与更稳定的Slurry 1的尾部相比，Slurry 2的尾部更宽。这表明浆液2有更大的沉降趋势。

图2为激光衍射在同一两种氧化铈浆上获得的体积加权psd。图2a是用实际折射率为1.65和虚折射率为0.01i估算的结果，而图2b是用虚折射率为0.10i计算的结果。这两组结果都是由相同的散射光模式计算得出的。虽然结果表明，浆液2比浆液1有更多的大颗粒，他们也说明了从激光衍射获得准确定量信息的困难。欧洲杯猜球平台

图2。由激光衍射获得的浆1(圆)和浆2(菱形)的体积加权psd。A.折射率- = 1.65 + 0.01i, b.折射率-1.65 + 0.10i。

假想折射率的选择导致了浆体1的平均直径偏移10%，并显著改变了浆体2的分布形状。此外，来自Slurry 2的数据显示，大于1µm的颗粒占固体体积的大部分(>70%)。欧洲杯猜球平台这是不可能的，而且与重量分析的数据相矛盾检测技术结果表明，在Slurry 2中，大于1µm的颗粒的固相百分率低于1%。欧洲杯猜球平台

图3描述了超声处理后的Slurry 1的体积加权psd (ID=1.65 + 0.10i)，说明超声处理导致了浆体的聚集。这与超声破碎弱键合聚集体的预期行为相违背。这些数据表明激光衍射产生的伪影不能代表实际的颗粒大小。

图3。由激光衍射获得的氧化铈浆经20秒超声后的体积加权PSD。

图4a为采用SPOS技术在同一样品上获得的数字加权PSD，仅显示一条尾巴，在35µm处没有第二个峰的迹象。对大于1µm的颗粒的尾部固体百分比(0.23%)的比较表明，未超声样品的尾部固体百分比(0.25%)没有变化。欧洲杯猜球平台图4b显示了超声处理后浆液2的体积加权SPOS数据。它覆盖了图1中未超声处理的数据。

图4．一个。20秒超声后的浆液1;b.超声前后的浆液2。

与激光衍射的结果相反，SPOS技术的结果清楚地表明，超声显著降低了大于2 μ m颗粒的体积贡献和使用激光衍射确定泥浆性能的风险。欧洲杯猜球平台

图5显示了从硅基CMP获得的数据。图5a为两种硅浆的SPOS尾数据(体积加权)，起始时间为0.5µm。可以看出，浆液a中2-20µm范围内的颗粒欧洲杯猜球平台体积贡献显著，而浆液B中没有大于5µm的颗粒。

图5b为浆体a上激光衍射产生的体积加权PSD (ID=1.08 + 0.10i)，浆体B的PSD相同。可以观察到，它有一个单一的，对称的峰，中心在0.15µm，但没有大于1µm的颗粒。欧洲杯猜球平台这一结果表明，当样品有一个狭窄的PSD时，激光衍射能够提供有用的平均直径信息。这一数据也说明了激光衍射的灵敏度不足，无法用SPOS技术观察到这两种硅浆的差异。

图5。一个。由SPOS获得的硅浆A和B的体积加权psd。B.体积加权PSD硅浆A从激光衍射获得。

结论

结果清楚地证明了检测技术提供关于CMP浆料性能的准确信息，以及它相对于激光衍射的优越灵敏度，以量化大的离群粒子，这些离群粒子会导致缺陷和降低切屑产量。欧洲杯猜球平台

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