Por que a Vaisala é a escolha preferencial de muitas fábricas de semicondutores para a qualificação da concentração de H2O2 no CMP de tungstênio

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A planarização/polimento químico-mecânico (CMP) é um processo crítico, muito caro e desafiador de nano-polimento que combina reações químicas e abrasão mecânica. É o passo chave na fabricação de circuitos integrados, afetando tanto o rendimento quanto a produtividade.

CMP em resumo

O polimento é feito com uma suspensão que inclui um agente oxidante, tipicamente peróxido de hidrogênio (H2O2). Durante a fabricação, uma pastilha é pressionada contra uma almofada de polimento enquanto tanto a pastilha quanto a almofada são giradas no sentido anti-horário em velocidades ligeiramente diferentes. À medida que a suspensão é dispensada no centro da almofada, a combinação de ações mecânicas e químicas remove gradualmente material da superfície da pastilha, levando a uma superfície que é local e globalmente plana.

As suspensões CMP são misturadas ou diluídas na fábrica antes de serem usadas. As suspensões de polimento de óxido são comumente adquiridas na forma concentrada e diluídas com água no local para minimizar os custos de transporte e mão de obra. Algumas suspensões de polimento multicomponentes podem ser misturadas imediatamente antes do uso devido ao seu curto tempo de vida após a mistura. A mistura correta é essencial, pois está diretamente ligada às taxas de reação química e à taxa de polimento da pastilha; qualquer defeito na mistura tem um impacto negativo na fabricabilidade e confiabilidade. Embora o controle da suspensão no ponto de fabricação (POM) seja rigoroso, processos subsequentes – incluindo transporte, manipulação e filtração – podem afetar as propriedades químicas, e portanto o monitoramento contínuo da suspensão é necessário até o ponto de uso (POU) para garantir um alto rendimento. Ferramentas e metodologias de metrologia eficazes, rápidas, confiáveis, precisas e econômicas são necessárias, por isso muitas fábricas de fabricação optam por usar refratômetros.

Como o índice de refração ajuda a melhorar a qualidade da produção

O índice de refração (RI) - uma medição contínua, em linha e que não consome suspensão - ajuda as plantas de fabricação a identificar rapidamente falhas na composição da suspensão, pois fornece informações em tempo real sobre o processo, reduzindo o número de pastilhas em risco.

A suspensão CMP transporta nanopartículas para níveis de teor de sólidos de 1 a 30%, dependendo do tipo de suspensão, o que torna desafiador analisá-la. No entanto, uma vez calibradas para as características de temperatura/RI de uma suspensão específica, as medições de RI podem determinar com sucesso a concentração de peróxido de hidrogênio na suspensão de tungstênio com uma precisão de ±0,03% por peso, mesmo nessas condições difíceis.

Além disso, ao contrário dos testes de sondas de condutividade, as medições de RI podem monitorar a densidade da suspensão de H2O2, um indicador de sedimentação e degradação da suspensão ao longo do tempo. Portanto, o RI é usado não apenas para qualificar o produto final, mas também para monitorar variações de lote a lote na suspensão bruta de entrada e validar as etapas de adição da mistura.

Uma característica atraente de alguns sistemas de entrega de suspensão tem sido a capacidade de usar uma função de adição automática de produtos químicos no tanque do dia.
 

Benefícios do Refratômetro Vaisala K-PATENTS® Semicon

O Refratômetro Vaisala K-PATENTS Semicon foi projetado especificamente para ambientes de fabricação de semicondutores. Possui uma pegada pequena e sua construção é livre de metal, tornando-o ideal para medir produtos químicos sem corroer o processo.

O Refratômetro Vaisala K-PATENTS Semicon é a escolha superior para operações de CMP porque:

• A medição é totalmente digital e o desvio é impossível
• O componente integrado de medição de temperatura garante uma medição de RI altamente precisa
• Oferece medição direta de densidade
• O design robusto tolera vibrações do processo sem erros de medição
• Diagnostics integrados fornecem uma visão instantânea das condições do processo
• Há disponibilidade de diferentes células de fluxo de alta qualidade, projetadas para reduzir e até eliminar a obstrução.

Referências

A Diversified Fluid Solutions vem utilizando com sucesso o Refratômetro Vaisala K-PATENTS Semicon em suas operações de CMP há anos e encontrou o dispositivo extremamente confiável e preciso. "À medida que os nós de processo avançados trazem um número crescente de etapas de CMP, devemos garantir que as suspensões entregues às ferramentas de polimento mantenham características químicas e mecânicas consistentes", explica Karl Urquhart,

Diretor de P&D, Tecnologia Química, Diversified Fluid Solutions. "O monitoramento de RI em linha pode avaliar a composição química do material de entrada, qualificar as etapas de adição de mistura e validar uma mistura uniforme de suspensão de CMP em uma única medição em tempo real, sem consumo de suspensão."

A primeira instalação de medição de H2O2 para suspensões de CMP foi instalada em uma grande planta de fabricação de semicondutores em 2013, substituindo a titulação automática. O dispositivo de medição permaneceu estável desde então, sem necessidade de manutenção além da lavagem rotineira do misturador de suspensão.

Em geral, após a instalação de um Refratômetro Vaisala K-PATENTS Semicon, o rendimento de wafers nas fábricas de fabricação aumenta aproximadamente 20%. Além disso, as suspensões de CMP são estritamente controladas e permitem uma maior uniformidade do processo de planarização.

Gostaria de saber mais?

A medição de RI é uma técnica simples, econômica e precisa que fornece informações em tempo real sobre a composição da suspensão, tornando o refratômetro o instrumento de metrologia preferido para muitas fábricas de fabricação.

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