引言

Takahiro Oniki 團隊發(fā)表研究“In situ measurement method for film thickness using transparency resin sheet with low refractive index under wet condition on chemical mechanical polishing"，針對化學機械拋光（CMP）過程中濕法條件下二氧化硅（SiO?）膜厚原位測量受漿料膜厚波動干擾的技術難題，提出采用低折射率透明樹脂片的創(chuàng)新方案，為 CMP 工藝終點監(jiān)測提供了穩(wěn)定可靠的測量方法。

摘要 

化學機械拋光（CMP）工藝中，漿料膜厚波動、界面光反射干擾等問題導致濕法條件下硅片表面二氧化硅（SiO?）膜厚的原位精準測量面臨挑戰(zhàn)。本研究提出利用低折射率透明樹脂片構建膜厚測量系統(tǒng)，通過匹配樹脂片與水/ 漿料的折射率，消除厚層（樹脂片- 水/ 漿料）的光學干涉信息。實驗采用 Lambda Vision TFW-100 膜厚測量系統(tǒng)，對比折射率1.53 和1.36 的兩種樹脂片，發(fā)現(xiàn)折射率1.36（接近水的折射率1.33）的氟基樹脂片可有效抑制樹脂- 水界面的光反射與散射，即使水膜厚度在2.5-20μm 波動，仍能獲得清晰的SiO?膜干涉信號。將該樹脂片應用于實際CMP 漿料（Fujimi COMPOL 80）體系，測量誤差僅為±8nm，實現(xiàn)了濕法條件下SiO?膜厚的穩(wěn)定精準測量，為CMP 工藝終點監(jiān)測提供了實用解決方案。

在以往的研究中，已開發(fā)出可見光波段高透射率、低折射率的透明微圖案化拋光墊。該透明微圖案化拋光墊已應用于顆粒運動觀測系統(tǒng)。本研究提出，將基于樹脂片的薄膜厚度原位測量方法與傳統(tǒng)測量設備相結合，可應用于化學機械拋光（CMP）的終點監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 為膜厚測量系統(tǒng)的示意圖，表1 列出了本研究的實驗條件。采用Lambda Vision TFW-100薄膜厚度測量儀測定硅片表面二氧化硅（SiO?）膜的反射光譜。

（Lambda Vision TFW-100薄膜厚度測量儀）

通過對干涉反射光譜進行曲線擬合，計算得出薄膜厚度。擬合所用公式如下：

式中，n 為折射率，d 為薄膜厚度，λ??為相長干涉波長，λ????為相消干涉波長。

結論

本研究中的低折射率透明樹脂片被應用于膜厚測量系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)折射率，可在濕法條件下實現(xiàn)二氧化硅（SiO?）薄膜厚度的選擇性測量 —— 這是因為該薄膜光學測量系統(tǒng)能消除由拋光墊和水膜構成的厚層帶來的干涉信息。

通過采用與漿料折射率近乎一致的透明樹脂這一簡易方法，可為傳統(tǒng)測量設備賦予高效的抗?jié){料膜干擾能力。因此，即便化學機械拋光（CMP）過程中拋光墊與硅片之間的漿料膜厚發(fā)生波動，仍能在濕法條件下實現(xiàn)精準的厚度測量。

該結果表明，基于低折射率透明樹脂片的光學測量系統(tǒng)是一種實用的化學機械拋光（CMP）原位監(jiān)測系統(tǒng)。