Kimyasal mekanik düzleştirme (CMP), bir cihazın bir katmanı ile bir sonraki katman arasındaki geometri sözleşmesini uygulayan proses adımıdır. Her bağlantı yapısı, her sığ hendek izolasyon dolgusu, her tungsten tıkaç; üzerine oturduğu yüzeyin 300 mm'lik bir wafer genelinde angstrom cinsinden ölçülen bir tolerans dahilinde düz olduğunu varsayar. CMP bu düzlüğü sağlayan süreçtir ve slari; wafer ile polisaj pedi arasında dolaşan aşındırıcı süspansiyon, prosesi yapan ya da bozan sarf malzemesidir.
Slari, fotolitografi yığınından, aşındırma gazı kimyasından ve çöktürme öncüllerinden daha az ilgi görür. Bunun kısmen nedeni, endüstriyel süte benzeyen bir sıvı olarak sıradan görünmesidir; kısmen de arıza modlarının yavaş ve dağınık olmasıdır. Slari sorunu genellikle aleti durdurmaz. Günler ya da haftalar boyunca, biri yeni bir tedarikçi üretiminden gelen bir IBC seti çizik muayene trendine bağlayana kadar sessizce verimi düşürür.
Slari nedir ve ne içerir
CMP slarisi, belirli bir polisaj uygulaması için ayarlanmış sulu kimya içinde aşındırıcı partiküllerin kolloidal bir süspansiyonudur. Aşındırıcı en yaygın olarak buhar ya da kolloidal silika, oksit uygulamaları için seryum oksit ya da belirli metal ve bariyer prosesler için alüminadır. Partikül boyut dağılımı tek bir sayı değil; bir eğridir ve bu eğrinin kuyruğu, özellikle iki ya da üç mikronun üzerindeki iri partikül popülasyonu, medyan çaptan daha fazla çizik riskini belirler.
Partiküllerin etrafındaki kimya uygulamaya özgüdür. Bir oksit slarisi tipik olarak asidiktir ve bir korozyon inhibitörü paketi içerir. Bir bakır slarisi oksitleyici (genellikle hidrojen peroksit), bir kompleksleştirici ajan ve benzotriazol gibi bir korozyon inhibitörü içerir. Bir tungsten slarisi güçlü biçimde oksitleyicidir. Her kimya, bir kaldırım hızı hedefi ve bir seçicilik oranı için optimize edilmiştir; slarinin hedef malzemeyi alttaki durdurucu katmana kıyasla ne kadar daha hızlı kaldırdığı.
Bu seçicilik oranı slariri yalnızca bir sarf malzemesi değil, proses değişkeni yapar. Oksitleyici konsantrasyonunda kayma gösteren bir bakır slarisi, tantal bariyer kaldırım hızını orantılı biçimde değiştirmeden bakır kaldırım hızını değiştirir; bu da bir sonraki metal çöktürme adımına öngörülemeyen sonuçlarla taşınan aşırı ya da eksik parlatılmış yapılar üretir.
Çoğu fabrikanın küçümsediği soğuk zincir sorunu
Slari, üreticinin harmanlama ve kalite kontrol ortamından ayrıldıktan sonra kararlı bir ürün değildir. Kolloidal partikül süspansiyonu metakararlıdır: Uygun sıcaklık, kesme ya da kontaminasyon koşulları altında partiküller aglomerasyon yapar. Aglomerasyon bir kez başladığında karıştırmayla geri döndürülemez. Kullanım noktası dağıtım sistemine ulaşan slari, mutlaka sevk edilen slari değildir.
Sıcaklık, birincil soğuk zincir değişkenidir. Çoğu silika ve serya slari, tipik olarak 5 ile 25 santigrat derece arasında bir depolama sıcaklığı aralığı ve slarinin donmaması gerektiğine dair bir kararlılık spesifikasyonu içerir. Donma felaket niteliğindedir: Buz oluşumu kolloidal yapıyı geri dönüşümsüz biçimde tahrip eder. Yüksek sıcaklık, daha küçük partiküllerin çözünüp daha büyük olanlarda yeniden çökeldiği Ostwald olgunlaşma sürecini hızlandırır; partikül boyut dağılımını daha büyük boyutlara kaydırır.
Pratik soğuk zincir arıza modları belirgin olanlar değil; kümülatif olanlardır. Bir Ocak teslimatında donmuş ya da güneş altında kalan bir IBC seti değil; bir Tayvan yazında kontrol dışı bir teslim alanında üç gün bekleyen set ya da fabrikaya ulaşmadan önce altı durak yapan ve sıcaklık izlemesi olmayan bir teslimat aracı. Tek tek her birinin spesifikasyon dahilinde olduğu, ancak birleşiminin kararlılık testinin modellediğinin ötesine geçen kümülatif termal maruziyeti aşan sapmalar.
Tedarikçide dolumdan fabrikada teslim almaya kadar, set içinde kayıt cihazıyla, slari teslimatlarında uçtan uca sıcaklık kaydı uygulayan fabrikalar; varlığından haberdar olmadıkları aşımları tutarlı biçimde buluyor. Bu verilerle ne yapılacağı kararı ardından bir tedarik ve proses mühendisliği müzakeresi haline gelir: Hangi aşım tolere edilebilir, hangisi iade gerektirir, hangisi kullanım öncesi analitik bekleme gerektirir.
Kullanım noktası dağıtımı: slarinin aletle buluştuğu yer
Fabrika içindeki slari yönetim sistemi; IBC setlerinden polisaj başlığına slariyi taşıyan tank, pompa, filtrasyon aşaması ve dağıtım borusu ağı; kendi başına bir bozunma kaynağıdır.
Sirkülasyon ilk endişedir. Çoğu kullanım noktası sistemi, çökmeyi önlemek için slariri sürekli sirkülasyon yapar. Pompa çarklarıyla sirkülasyon, partikül süspansiyonunu tekrarlayan kesme olaylarına maruz bırakır. Kesme, sıcaklığın yaptığı şekilde aglomerasyon yaratmaz; ancak tekrarlı yüksek kesme döngüleri, partiküller üzerindeki yüzey aktif madde ya da elektrostatik kararlılaştırma katmanını parçalayarak onları aşağı akışta aglomerasyona daha açık hale getirebilir. Pompa tipi, hız ve sirkülasyon akış hızı, proses değişkenleri olarak ele alınmalıdır; set değişikliklerinde tutarlı, herhangi bir bakım sonrasında doğrulanmış olmalıdır.
Filtrasyon ikincisidir. Kullanım noktası filtreleri aleti iri partikül hasarından korur; ancak filtre seçimi bir dengedir. Çok dar bir filtre değeri yalnızca büyük boyutlu partikülleri değil, dağılım kuyruğundaki çalışan partikül popülasyonunu da uzaklaştırarak pede iletilen slari kimyasını değiştirir. Çok geniş bir filtre değeri ise çiziklerden sorumlu iri partikül popülasyonunun geçmesine izin verir. Filtre değeri, her slari kimyası için gelen partikül boyutu verilerine göre doğrulanmalıdır; bir slari derecesinden diğerine transfer edilebilir olduğu varsayılmamalıdır.
Boru malzemesi ve ölü bacaklar üçüncüsüdür. Slari kimyasal olarak agresiftir. Uyumsuz boru malzemeleri, aglomerasyonu tetikleyebilecek ya da wafer yüzeyine eser metal kontaminasyonu getirebilecek metalik kontaminasyon sızdırır. Dağıtım sistemindeki ölü bacaklar, akış yeniden sağlandığında akışa girip topak olarak yeniden giren çökmüş partiküller biriktirir. İyi tasarlanmış kullanım noktası sistemi ölü bacakları tasarım gereği ortadan kaldırır; yıllar içinde bağlantılar eklenerek büyüyen gelişmiş bir sistem tipik olarak birkaç tanesine sahiptir.
Lot-to-lot varyasyon sorunu
CMP proses mühendisleri slarinin bir emtia olmadığını çabucak öğrenir. Tek bir tedarikçiden tek bir ürün hattında bile, partikül boyut dağılımı, pH ve kimyasal konsantrasyon açısından lot-to-lot varyasyon gerçektir. Tedarikçi spesifikasyonu bir aralıktır, bir nokta değeri değil. Spesifikasyonun uçlarını yakalayan gelen kalite kontrol örneklemesi bir kalite programı değildir; geç aşama bir filtredir.
Etkili yaklaşım, gelen slari özelliklerinde, zamanla izlenen ve proses içi metroloji ile ilişkilendirilen istatistiksel proses kontrol (SPC) kullanmaktır; CMP sonrası kalınlık üniformitesi, wafer içi aralık ve CMP sonrası muayene çizik sayısı. Bu korelasyon, kabul edilen gelen lot varyasyonunun gerçekten wafere ulaşıp ulaşmadığını ya da proses penceresinin bunu absorbe edip etmediğini bir proses ekibine söyleyen bilgidir.
Bazı fabrikalar, tedarikçi spesifikasyonunu karşılayıp karşılamadığına bakılmaksızın, daha sıkı bir dahili spesifikasyonun ötesinde partikül boyut dağılımı kayması gösteren herhangi bir lot üzerinde ayrı bir gelen analitik bekleme yürütür. Bekleme, lot üretim envanterine girmeden önce küçük bir test polisaj çalışmasına izin verir. Bu beklemenin maliyeti; kapasite, program, analitik süre; yeniden polisaj gerektiren bir çizik aşımının maliyetiyle ya da daha kötüsü muayeneden kaçıp wafer testinde yakalananların maliyetiyle karşılanır.
Bertaraf ve çevresel uyumluluk
Slari atığı, her büyük yarı iletken üretim coğrafyasında düzenlenmiş bir atıksu akışıdır. Oksit CMP'den elde edilen kullanılmış slari; silika partikülleri, yüzey aktif maddeler ve kimyasal paketin içerdiği her şeyi içerir. Bakır CMP atığı, doğrudan deşarj sınırlarını aşan konsantrasyonlarda bakır iyonları içerir. Tungsten CMP atığı, tungsten bileşikleri ve kullanılan oksitleyiciye bağlı olarak bozunma ürünleri içerir.
Arıtma sistemi; nötralizasyon, pıhtılaştırma, flokülasyon ve bazı durumlarda elektrokimyasal metal geri kazanımı; ortalama slari tüketimi için boyutlandırılmıştır. Atık arıtma sisteminin paralel kapasite incelemeleri yapılmadan CMP kullanımını artıran operasyonlar, uyum riski yaratır. Bu varsayımsal değildir: Birçok fabrika, yeni bir cihaz katmanına polisaj adımı eklemenin slari tüketimini atıksu arıtma sisteminin tasarım tabanının üzerine çıkardığını ve acil yükseltmeler gerektirdiğini keşfetti.
Sorumlu slari yönetimi, tedarik tarafını aynı mühendislik bütçesi görüşmesinde bertaraf tarafına bağlar. Bir slarinin gerçek maliyeti, IBC seti başına fiyat değildir; set başına fiyat artı ürettiği atık akışının uyumlu bertaraf maliyetidir.
Yeterlilik ve değişim kontrolü
Bir slari değişikliği; tedarikçi, derece ya da formülasyon revizyonu; yeterlilik gerektiren bir proses değişikliğidir. Yeterlilik protokolü en azından şunları içermelidir: gelen analitik karakterizasyon, monitör wafer'lar üzerinde test polisajı, CMP sonrası metroloji karşılaştırması ve CMP sonrası muayene çizik sayısı karşılaştırması. Uygulamaya bağlı olarak, tam üretim serbest bırakması öncesinde genişletilmiş lot-to-lot korelasyon ve proses yeterlilik çalışması gerekebilir.
Pratikte çöküp giden disiplin, tedarikçi tarafındaki değişim kontrolüdür. Slari tedarikçileri, kararlılığı artırmak, ham madde kıtlıklarını gidermek ya da gelişen çevre düzenlemelerini karşılamak için ürünleri yeniden formüle eder. Bu yeniden formülasyonlar müşteriye küçük değişiklikler olarak açıklanabilir ya da hiç işaretlenmemiş bir ürün revizyon kodu değişikliği olarak gelebilir. Aktif tedarikçi angajmanı ve sistematik gelen analitik izleme olmayan bir fabrika, bir formülasyon değişikliğini absorbe edip aylarca bir verim trendine bağlayamayabilir.
Bunu etkin biçimde yöneten ekipler, her slari tedarikçisinde adlandırılmış bir uygulama mühendisi bağlantısı tutar ve slari formülasyon durumunu üç aylık iş değerlendirmelerinde sabit bir gündem maddesi olarak dahil eder. Bu ilişki, tedarikçi yeniden formülasyonlarını sürprizlerden planlı yeterliliklere dönüştürür.
Sayıların size anlatması gerekenler
Olgun bir CMP sarf malzemeleri programı, aylık olarak üç sayıyı izler: Gelen lotlarda medyan partikül boyutu D50 ve iri partikül kuyruğu D99, slari lotuna göre wafer geçişi başına CMP sonrası çizik sayısı ve alet girişinde kullanım noktası sistemi sirkülasyon sıcaklığı. Bu üç sayı birlikte hareket ettiğinde; yüksek D99 gösteren bir lot, onu alan aletlerde çizik sayısı artışıyla ilişkilendiğinde; program, verimi önemli ölçüde etkilenmeden önce müdahale edecek sinyal-gürültü oranına sahip demektir.
Bu sayılar birlikte izlenmediğinde ya da gelen lot kimliği ile proses içi metroloji arasındaki bağlantı veri sisteminde tutulmadığında, çizikler yine de olur. Yalnızca proses kaymasına, alet durumuna ya da gelen wafer kalitesine atfedilirler. Slari tedarik zinciri görünmezdir; ta ki görünene kadar; ve o noktaya kadar maliyet zaten cihaz test sonuçlarında yerini almıştır.