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300mm半導(dǎo)體晶圓代工廠Slurry供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的品質(zhì)控管
朱江寧 2014/4/13 18:12:32
（接上頁(yè)））相比，化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)有著無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，它能精確并均勻地把硅片拋光為需要的厚度和平坦度，以便進(jìn)行下一道工藝。
3．2 Slurry供應(yīng)系統(tǒng)概述
在廠務(wù)化學(xué)系統(tǒng)中，與CMP制程關(guān)系最為密切的即是Slurry化學(xué)研磨液供應(yīng)系統(tǒng)。所謂化學(xué)研磨液，是由微小顆粒物如二氧化硅或氧化鐵（或其它物質(zhì)）等懸浮在液體中形成的懸浮液。Slurry供應(yīng)系統(tǒng)，是指無(wú)間斷地（24小時(shí)/天，365天/年）為CMP提供制程所需要的化學(xué)研磨液的系統(tǒng)。鑒于CMP的機(jī)臺(tái)一般沒有配備緩沖容器(buffer tank)，一旦廠務(wù)Slurry供應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，將造成CMP制程極為嚴(yán)重的損失。廠務(wù)Slurry系統(tǒng)所供應(yīng)的化學(xué)研磨液需要達(dá)到如下要求：
a. 保證提供的Slurry品質(zhì)（pH值和比重）。
b. 穩(wěn)定的流速與壓力，保證CMP每一臺(tái)設(shè)備的正常使用。
c. Slurry在輸送過(guò)程中不能產(chǎn)生任何不可預(yù)計(jì)的結(jié)晶物，以免對(duì)晶圓本身造成損傷（刮傷，Scrach，如圖1所示）。
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5．2 Slurry供應(yīng)系統(tǒng)防止結(jié)晶物產(chǎn)生的特殊設(shè)計(jì)
一般而言，為了減少結(jié)晶物的產(chǎn)生，Slurry供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常會(huì)遵循如下原則：
a. 離CMP制程越近越好。由此避免由于輸送管路過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的結(jié)晶物。所以在建廠設(shè)計(jì)中，廠務(wù)Slurry供應(yīng)系統(tǒng)通常處于CMP區(qū)域之下。這樣可以使整條輸送管路達(dá)到最短的距離，使用最少的彎頭和接頭，也最大限度地減少了輸送中的結(jié)晶現(xiàn)象，既降低了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也降低了費(fèi)用。
b. 循環(huán)管路，可參考圖2。這樣的設(shè)計(jì)可以避免Slurry在管路中靜止而產(chǎn)生的結(jié)晶物。
c. 接頭、彎頭、閥門、元件（如在線監(jiān)控儀器）越少越好，同時(shí)在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免產(chǎn)生死角。
由于Slurry溶液中不可避免的會(huì)有一些大的結(jié)晶體，某些閥門的膜片會(huì)被刮傷而產(chǎn)生漏液現(xiàn)象。因此，需要選用廠商推薦的Slurry供應(yīng)系統(tǒng)專用閥門，并且定期對(duì)某些開關(guān)頻繁且位置重要的閥門（如系統(tǒng)的出口閥、泵的出口閥、桶槽的泄壓閥等等）進(jìn)行更換。
對(duì)于輸送的泵同樣如此。由于Slurry溶液易于結(jié)晶的特殊性，在一些隔膜泵（Bellow Pump）的隔膜的褶皺處會(huì)形成大量的顆粒物，既影響了Slurry溶液的品質(zhì)，也會(huì)造成泵腔體的損壞。因此，在0.13制程以下的Cu Slurry中，通常不建議使用隔膜泵，可以采用磁力泵等。同時(shí)，泵緩沖器（Damper）的選擇也尤其重要。緩沖器常常由于被堵塞漏氣而失去緩沖的效果。液體在輸送過(guò)程中對(duì)管路的不斷沖擊將縮短一些部件（如閥門、接頭等）的使用壽命。因此，找到優(yōu)秀的廠商并使用他們所推薦的Slurry供應(yīng)系統(tǒng)專用泵是一個(gè)明智的選擇。
另外，氮?dú)庾鳛槊荛]氣體和制程氣體，通常會(huì)與Slurry溶液表面接觸（Slurry應(yīng)絕對(duì)避免與空氣接觸）。根據(jù)氣液傳導(dǎo)的基本原理，在接觸的過(guò)程中，Slurry溶液中的水分會(huì)擴(kuò)散到氮?dú)庵�。因�(yàn)橹瞥痰男枨�，廠務(wù)系統(tǒng)所供應(yīng)的氮?dú)夂繎?yīng)小于1ppb。所以如果使用絕對(duì)干燥的氮?dú)�，將使Slurry溶液表面產(chǎn)生一層結(jié)晶物。因此，在氮?dú)馀cSlurry溶液接觸之前，應(yīng)使用加濕器提高起含水量（通常應(yīng)達(dá)到90%以上），然后才和Slurry溶液接觸，以避免結(jié)晶物的產(chǎn)生。
最后，如在線儀器的監(jiān)控、VMB閥箱的設(shè)計(jì)、Filter定期更換的頻率、定期的KOH Flush等都會(huì)對(duì)該系統(tǒng)的性能產(chǎn)生一定的影響。
6．總結(jié)
在最新代的主流生產(chǎn)技術(shù)中，300 mm晶圓已采用130nm，90nm及65nm技術(shù)，并且由于更集成的先進(jìn)技術(shù)，與8英寸芯片相比，生產(chǎn)成本至少降低了30%[4]。因此，發(fā)展300 mm乃至450mm晶圓是未來(lái)的一種趨勢(shì)。在300 mm廠的資本密集度和生產(chǎn)規(guī)模下，Slurry研磨液中央供應(yīng)系統(tǒng)的任何問題都會(huì)造成無(wú)法估量的損失，Slurry研磨液供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該吸取以往的經(jīng)驗(yàn)，使用新技術(shù)和新材料，不斷提高Slurry研磨液供應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，應(yīng)從設(shè)計(jì)開始，就注重于品質(zhì)的控管和減少結(jié)晶物的產(chǎn)生，以保證CMP制程的正常使用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 中國(guó)晶圓廠一覽China Fab Update，半導(dǎo)體國(guó)際，特刊2，2008(03)，插頁(yè)
[2] Michael Quirk and Julian Serda, “Semiconductor Manufacturing Technology”,半導(dǎo)體制造技術(shù)，韓鄭生 等譯，電子工業(yè)出版社2004年8月第一版，p.477。
[3] Furon （未完，下一頁(yè)）
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