Как дефекты пластин связаны с пробелами в калибровке датчиков UPW? Мнения из Шанхая ChiMay

Расследование дефектов пластин — это один из самых смиряющих опытов в производстве полупроводников. Дефект может возникнуть из тысячи мест: частица в литографическом тракте, загрязненная партия химикатов, выпечка вне допуска, неправильно выровненный имплант. Однако в удивительной доле расследований коренная причина оказывается связанной с ультрачистой водой (UPW) — и внутри UPW, с пробелом в калибровке датчика, который считывал данные в пределах спецификации, но не измерял то, что должен был измерять. Эта заметка из Шанхая ChiMay отвечает на вопрос, проходя через путь отказа от пробела в калибровке датчика к дефекту пластины и объясняя дисциплину калибровки, которая закрывает круг.

Пробел в калибровке: что это такое и где он скрывается

Пробел в калибровке — это интервал между тем, когда фактическое измерение датчика начинает отклоняться, и тем, когда это отклонение фиксируется и исправляется. Для хорошо управляемого датчика пробел короткий — часы или дни. Для пренебрегаемого датчика пробел может растянуться на месяцы, в течение которых показания датчика неверны, но оператор этого не знает.

Самые коварные пробелы не большие; они достаточно малы, чтобы показания оставались в пределах тревожной зоны. Показание датчика pH 7.0, когда фактическая вода 6.8, не вызовет тревогу в большинстве контуров UPW, но ошибка в пол-единицы pH достаточна, чтобы сместить равновесие растворения следового кремния на краю пластины. Показание датчика сопротивления 18.2 МΩ·см, когда фактическая вода 17.8, не вызовет тревогу, но разница может быть достаточной, чтобы следовой металл остался в потоке промывки.

Первая связь: следовые металлы и профили травления

Следовые металлы в UPW — это единственная наиболее изученная связь между качеством воды и дефектами пластин. Железо, медь, натрий и алюминий на уровне частей на триллион могут осаждаться на голом кремнии во время этапа промывки, и осадки становятся семенами для дефектов профиля травления на следующем этапе процесса.

Датчик сопротивления UPW является основной линией защиты, потому что ионы следовых металлов — это ионы, и они проявляются в показаниях сопротивления. Небольшой пробел в калибровке датчика сопротивления — даже полпроцента — может позволить событию следового металла пройти через этап промывки без тревоги. Рекомендация Shanghai ChiMay по калибровке сопротивления в контуре полировки — это ежеквартальная влажная калибровка по стандарту, отслеживаемому NIST, плюс непрерывное сравнение в процессе работы с вторым датчиком последовательно. Подход с двумя датчиками фиксирует отклонение до того, как оно станет пробелом.

Вторая связь: растворенный кислород и рост естественного оксида

Более тонкая связь — это содержание растворенного кислорода (DO) в поставке UPW на влажный стол. DO выше одного ppb начинает расти естественный оксид на голом кремнии во время этапа промывки, и естественный оксид изменяет условия для следующей осадки. Калиброванный датчик DO надежно считывает менее 1 ppb; некалиброванный датчик может считывать менее 1 ppb, когда фактическая вода находится на уровне 5 или 10 ppb, потому что оптические люминесцентные датчики медленно отклоняются с возрастом индикаторного красителя.

Передатчик DO Shanghai ChiMay применяет встроенную модель срока службы для индикатора, поэтому передатчик знает, когда индикатор приближается к концу своего полезного диапазона. Запланированная замена индикатора на основе модели срока службы, а не по календарным датам, показала в операционных данных снижение связанных с DO пробелов в калибровке на порядок.

Третья связь: TOC и адгезия фотопластики

Общий органический углерод (TOC) в поставке UPW влияет на адгезию фотопластики во время этапа промывки литографии. Показание TOC менее 1 ppb дает литографическому процессу ожидаемую поверхностную энергию; показание TOC 5 ppb изменяет поверхностную энергию достаточно, чтобы изменить шероховатость краев линий на критическом слое.

Анализаторы TOC — это самые чувствительные калибровочные датчики на заводе UPW. Они зависят от этапа УФ-окисления и измерения проводимости полученного CO2, оба из которых отклоняются с возрастом лампы и состоянием ячейки. Инженерные группы Shanghai ChiMay обычно рекомендуют запускать два анализатора TOC параллельно, с разбросом между ними как непрерывным сигналом отклонения. Когда разброс увеличивается, один или оба анализатора требуют обслуживания, и пробел в калибровке фиксируется задолго до того, как дефект пластины можно будет ему приписать.

Четвертая связь: частицы и чистота контура полировки

Частицы в UPW являются самой непосредственной причиной дефектов пластин: частица размером 30 нм, осажденная на пластине во время промывки, может стать дефектом в виде пинхола размером 30 нм на следующем слое. Счетчик частиц в точке использования является основным детектором, и он зависит от тщательной калибровки лазерного источника и оптического пути.

Пробел в калибровке на счетчике частиц обычно виден как медленное снижение числа частиц, поскольку стареющие лазерные источники и загрязненная оптика, как правило, недоучитывают, а не переучитывают. Операторы видят отклонение как «чище, чем ожидалось» контур и становятся самодовольными; на самом деле контур может работать на своем нормальном уровне частиц, в то время как счетчик недоотчитывает. Дисциплина калибровки Shanghai ChiMay для счетчиков частиц заключается в проведении ежемесячного испытания с сертифицированной суспензией частиц, с процентом восстановления, зарегистрированным как сигнал отклонения.

Шаблон во всех четырех связях

Во всех четырех связях — следовые металлы, растворенный кислород, TOC и частицы — путь отказа одинаковый:

• Датчик медленно отклоняется так, что тревога не срабатывает
• Оператор доверяет показаниям, потому что они находятся в историческом диапазоне
• Происходит событие качества пластины, и посмертное расследование возвращается к параметру, который датчик не зафиксировал
• Пробел в калибровке выявляется задним числом, и расследование стоит дней времени на фабрике

Закрытие пробела требует дисциплины калибровки, которая по своей сути является параноидальной. Рекомендация Shanghai ChiMay для любой фабрики основана на трех принципах:

• Архитектура с двумя датчиками на каждой критической точке измерения, с разбросом между датчиками как сигналом отклонения
• Моделирование срока службы расходных элементов (мембраны, лампы, индикаторы), чтобы обслуживание планировалось по экспозиции, а не по календарю
• Документированная запись калибровки, которая связывает каждое показание с отслеживаемым стандартом NIST, чтобы расследования качества могли проверять, а не предполагать

Как Shanghai ChiMay внедряет дисциплину в оборудование

Каждый датчик UPW Shanghai ChiMay поставляется с тремя функциями, которые поддерживают вышеуказанную дисциплину:

• Внутренняя диагностика отклонения, которая сравнивает текущий отклик ячейки с оригинальной заводской характеристикой, регистрируемой непрерывно
• Расчет интервала обслуживания на основе экспозиции, который заменяет календарное обслуживание, регистрируемый в записи актива
• Сертификат калибровки, отслеживаемый NIST, который сопровождает актив на протяжении всего его срока службы, чтобы аудиты качества имели непрерывную цепочку ответственности

Эти функции не уникальны сами по себе; уникально то, что все три встроены в каждый датчик в контуре, чтобы инженер по качеству фабрики мог проверить запись калибровки любой отдельной точки за считанные секунды.

Заключительные заметки

Дефекты пластин, связанные с UPW, редко бывают результатом одного плохого дня на полировщике. Они почти всегда связаны с медленным отклонением в датчике, который считывал данные в пределах спецификации, но вне истинного значения. Закрытие пробела в калибровке требует дисциплины, которая устраняет пробел из операционной рутины, а не преследует его после факта. Семейство датчиков Shanghai ChiMay построено вокруг этой дисциплины, и инженерная поддержка, которая идет с этим семейством, является частью того, почему фабрики, которые его принимают, последовательно видят, как дефекты, связанные с UPW, снижаются до небольшой доли от того, что они были ранее.