化学机械研磨/抛光 (CMP) 将化学反应和机械研磨结合在一起，是一项成本高昂且具有挑战性的重要纳米抛光工艺。这一工艺是集成电路制造中关键的使能步骤，对产量和工作效率都会产生影响。

CMP 简介

抛光工艺使用含氧化剂的浆料完成，氧化剂通常为过氧化氢 (H2O2)。在制造过程中，将晶圆和抛光垫紧密地压在一起，同时使二者各自以略微不同的速度逆时针旋转。将浆料铺在抛光垫的中央，然后结合运用机械操作和化学操作，逐步除去晶圆表面的材料，使晶圆表面局部和整体都顺滑平坦。  

使用 CMP 浆料前，先在工厂对其进行混合或稀释。氧化物抛光浆料在购买时通常为浓缩状态，使用前在现场加水稀释，以减少运输和人工成本。一些多组分抛光浆料只能随用随混，因为这些浆料在混合后有效期很短。确保正确地混合至关重要，因为混合效果直接关系到化学反应速率和晶圆抛光速率；混合过程中的任何缺陷都会对可制造性和可靠性产生负面影响。尽管制造点 (POM) 的浆料控制很严格，但后续过程（包括运输、处理和过滤）会影响化学特性，因此需要对浆料进行连续监测，直到抵达使用点 (POU) 为止，以确保实现高产量。这样就需要有效、快速、可靠、准确且经济高效的计量工具和方法，因此许多制造厂选择使用折光仪。

如何借助折射率测量技术来提高生产质量

折射率 (RI) 测量技术是一种不消耗浆料的连续在线测量方法，可帮助制造厂在传递工艺相关的实时信息时迅速识别出浆料成分错误，从而减少存在风险的晶圆数量。

CMP 浆料携带纳米颗粒，其固体含量为 1 - 30%（取决于浆料类型），因此对其中的过氧化氢浓度进行分析极具挑战性。但通过对特定浆料的折射率及温度特性进行标定，RI 测量法可以不惧这些困难条件，成功测量出钨浆料中的过氧化氢浓度并将误差控制在 ±0.03%（重量）以内。

此外，与电导率探头测试不同，RI 测量可以监测 H2O2 浆料浓度，该指标可以反映浆料随时间的沉降和降解情况。因此，RI 不仅用于检验产品的质量，也用于监测进厂原始浆料各批次之间的变化，并验证混合 - 添加步骤。

部分浆料输送系统拥有一项引人注目的功能，那就是日用槽自动化学品加料功能。

维萨拉半导体行业用折光仪的优点

维萨拉半导体行业用折光仪为半导体制造环境设计。该仪器尺寸小且不含金属，因此适合在不影响工艺的情况下测量化学物质。

维萨拉半导体行业用折光仪适合 CMP 操作，因为：

·测量数字化，并且不会产生偏差

·集成了温度测量组件，可确保高精度的 RI 测量

·可进行直接密度测量

·设计坚固可靠，可承受过程中的振动，减少测量误差

·通过内置诊断程序，可即时了解工艺条件

·拥有流通池（旨在减少甚至消除结垢现象）

参考文献

多年来， DFS公司一直在 CMP 操作中使用维萨拉半导体行业用折光仪，长期的成功运作证明该设备可靠且准确。“随着工艺节点越来越多地采用 CMP 步骤，我们必须确保输送到抛光工具的浆料的化学特性以及机械特性保持稳定一致，”DFS公司化学技术研发总监Karl Urquhart 解释道，“在线 RI 监测可以评估进料的化学成分，检验混合添加步骤的质量，并且可以通过一次不消耗浆料的实时测量来验证 CMP 浆料是否混合均匀。”

针对 CMP 浆料的 H2O2 测量装置于 2013 年在一家大型半导体制造厂中完成安装，用于取代自动滴定法。安装后，该测量设备稳定运行，并且除了正常的冲洗混浆池外，无需进行仪器维护。

通常，在安装维萨拉半导体行业用折光仪后，制造厂的晶圆产量可提升约 20%。此外，CMP 浆料受到严格控制，能够提高研磨过程的均匀性。

维萨拉半导体行业用折光仪 PR-33-S

适用于半导体液态化学品测量

该折光仪外形紧凑，流通池采用改良超纯 PTFE 制成，适用于半导体液态化学品测量。可通过 ¼ 至 1 英寸的皮拉 Pillar 或扩口 Flare 连接。

维萨拉半导体行业用折光仪 PR-33-S 用于晶圆洁净室里的化学品浓度监测，通常被安装在混合、清洗、蚀刻和 (CMP) 等机台上。

PR-33-S 包含一个超纯改性 PTFE 流通池主体和一根以太网线，不同标准的以太网供电 (PoE) 开关均可通过以太网线向传感器供电，并将数据传输给计算机。PR-33-S 实时监测化学品浓度，当化学品浓度超出规定范围时，立即通过以太网反馈报警。例如，可通过配置低浓度和高浓度警报来控制和延长溶液使用寿命。这里的浓度通过对溶液折射率 nD 和温度测量来确定。

PR-33-S 直接通过喇叭形或pillar配件进行安装。PR-33-S 结构紧凑，不含金属，体积小。

关键要素：

• N.I.S.T. 标准下的可追溯校准及验证，采用标准折射率液体和验证程序进行验证。

• 光学核心设计。

• 通过以太网进行数据记录和远程界面操作。

• 标准 UDP/IP 通信。

• 过程温度范围：-20°C – 85°C (-4°F – 185°F)。

• 内置 Pt1000 快速温度测量及自动温度补偿 。

关键词:折射率 测量 半导体

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来 源：维萨拉工业测量

编辑：清风

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