用于化学机械平面化的原位垫监测的表面计量（CMP）

半导体硬盘和LED晶片制造中最重要的过程之一是化学机械平面（CMP）（图1）。

该技术用于提供基板晶片所需的平面性，并且在某些中间点沉积后还在重新平坦化并用于构建在晶片上的结构的光刻处理。平面化的主要需要是确保结构中存在的多级互连的功能。

除此之外，平面化还可用于最小化晶片厚度，同时保持均匀性。将晶片装配到旋转夹具上，然后在CMP工艺期间压靠在旋转抛光垫上。同时，在垫和晶片之间分布称为浆料的磨料化学液体。

图1所示。CMP工艺示意图

焊盘表面设有焊盘旋转和同心圆槽，便于浆料通过焊盘-晶片界面的运输。浆料的目的是松开晶片的表面以通过垫的粗糙表面去除材料。

抛光垫的表面特性影响着从晶圆上除去的材料的数量和整个过程的质量。在抛光过程中，由于垫面退化，需要通过磨损对垫面进行连续的修复。

由不锈钢或电镀金刚石组成的旋转磨料或调节盘用于再处理垫表面。示意图CMP过程图1所示，有和无CMP的晶圆制造过程如图2所示。

图2。没有CMP（A）和CMP（B）的晶片制造

CMP的表面计量

焊盘表面设有焊盘旋转和同心圆槽，便于浆料通过焊盘-晶片界面的运输。

浆料的目的是松开晶片的表面以通过垫的粗糙表面去除材料。抛光垫的表面特性影响着从晶圆上除去的材料的数量和整个过程的质量。在抛光过程中，由于垫面退化，需要通过磨损对垫面进行连续的修复。

由不锈钢或电镀金刚石组成的旋转磨料或调节盘用于再处理垫表面。CMP工艺的示意图如图1所示，具有和不具有CMP的晶片制造过程如图2所示。

图3。调理盘表面三维形貌图

沟槽闭塞

在抛光过程中从晶片中除去的材料沉积在焊盘的凹槽中，导致凹槽中的闭塞。凹槽闭塞妨碍浆料穿过水的均匀分布，导致在晶片的中心和边缘之间的不均匀移除材料。

需要连续监测凹槽闭塞，以便在正确的时间可以清洁焊盘槽。及时清洁凹槽有助于将垫的寿命延伸到20％

垫玻璃窗

垫玻璃窗是一种更复杂的现象，由于表面的降解，使垫的抛光能力降低。由于玻璃窗，晶片和垫之间的磨损增加，又增加了过程温度。过程温度的增加可能最终在抛光过程中的材料选择性。

与凹槽咬合不同，上光不容易预测，需要持续监测，以确保CMP工艺的理想性能。为了有效地监测井场表面，所采用的计量方法应能在潮湿条件下工作。满足这些要求的唯一方法是浸入式计量(图4)。

图4。浸没式目标

该方法的主要优点是，对于垫的表征，不需要从抛光机中取出，这使得在整个垫的生命周期的不同点处能够出于原位监测垫玻璃窗和凹槽闭塞。可以延长垫的寿命，并且操作者可以通过遵循原位计量来利用其生命周期来利用焊盘。

一种新的浸没计量系统

与实地专家合作，Sensofar提出了解决这个问题的适当解决方案。该解决方案使得每垫的产量增加，并且只有在存在绝对需要改变时，才能通过改变抛光垫来最小化抛光系统的停机时间。

该S mart CMP是一个无损的，现场计量系统。在便携式支架的帮助下，传感器可以轻松地放置在垫子上。这种安排消除了从抛光系统中移除垫块的需要，并提供了垫块状况的即时更新。

便携式计算机提供S mart CMP系统提高其便携性，并且能够作为独立传感器运行，也可以作为可集成到生产线路的自动计量解决方案。无论使用S MART CMP所使用的方式，它都能够快速获取和分析数据以监控垫的特性。

通过这种新解决方案成功监测了垫玻璃窗和凹槽遮挡。此外，该解决方案还突出了CMP垫的未充分利用和其过早丢弃。

S MART CMP和3D光学传感器如图5所示。新解决方案的光学图和像素轴向响应器如图6所示。

图5。S mart CMP, 3D光学传感器

图6。（a）S MART传感器的光学图;(b)像素轴向响应器

S mart CMP的基本操作

来自Sensofar和高强度蓝色LED光的专利的微透视技术结合在内S Mart CMP.。这些组件提供了单个传感器中的聚焦变化技术和共聚焦显微镜的能力。CMP应用程序所需的工具和分析由SMART CMP控制接口存在的软件插件提供。表面的共聚焦图像由微小图像产生，其在被监视的表面上投射各种条纹图案。

共聚焦图像看起来像灰度映射的灰度贴图，其中焦点平面上的像素看起来更亮，而那些不焦点的人出现黑色。表面的垂直扫描提供了一系列共聚焦图像，以及每个像素的焦点的轴向响应。通过处理轴向响应可以获得表面的3D重建。

该S mart传感器结合了一个合适的浸没物镜和这种计量技术来测量垫的粗糙度，而它仍在抛光。该浸没物镜还可以集成焦点变型技术，以测量沟槽的宽度和深度，以监测沟槽遮挡。

沟槽闭塞监测

使用焦点变化技术，S MART CMP几乎可以立即测量焊盘槽（图7）。

根据测量值，可以表征沟槽宽度和深度(图8)，从而实现对沟槽咬合监测的有效监控。CMP中的软件插件可以测量沟槽的深度和宽度，而不考虑沟槽的方向，从而实现生产环境中的自动分析。

图7。3D测量新焊盘槽

图8。垫槽宽度和深度沿12小时CMP加工的进化

监控垫玻璃窗

S MART CMP在调节和抛光之后能够在微透视共聚焦显微镜的帮助下表征垫粗糙度，即使在浸入水下时也可以工作。该特征使得能够有效地监测和确定条件的正确时间，以及用于再生焊盘表面的最佳调节时间的表征。

可以扩展垫的可用寿命，并且可以基于所有这些方面最小化对控制晶片的需求。额外的益处是通过避免另有完整的晶片的重新处理来优化该过程。

图9a显示了在抛光过程中垫块粗糙度的高度变化方式。在抛光数小时后，观察到表面分布有一个上光峰。在抛光过程中，通过定期监测垫面，可以对垫面进行有效的调理，使垫面恢复到抛光前的状态。

图9B显示了干预（黑色）和干预后（红色）之前的垫的比较。左侧图像在抛光6小时后显示垫，右手侧图像在12小时后显示其状态。

图9。（a）新垫;（b）10h使用后的好垫;（c）3h使用后的坏垫

自动分析

记录数据的自动分析（图10和表1）简化了表面参数的控制。操作员必须确实的所有情况都将传感器放在垫的表面上并专注于它，当数据采集开始时，软件将自动显示目标参数值。

可以在专门为该应用专用开发的特殊分析算法的帮助下自动检测凹槽的宽度和深度。通过单独的算法对检测垫玻璃窗进行检测焊盘粗糙度的临界参数的分析。

表格1。Sensofar S MART CMP的技术规范

传感器		客观的				共焦		重点变化
维	重量	放大	工作距离(毫米)	视场(µm)	光学分辨率(µm)	垂直分辨率(nm)	测量时间	垂直分辨率(nm)	测量时间
26x28x37cm. 10.2x11x14.6“	9千克 19日,8磅	20x. （浸没）	2.00	877年x660	0.31	20.	20.	15	5

这些信息已经从Sensofar提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问Sensofar Metrology.。