O polimento químico mecânico (CMP) é parte integrante de qualquer SEMI fab de silício. Os circuitos integrados feitos com litografia e deposição de filme fino empregam, invariavelmente, o CMP para alcançar a planaridade desejada do substrato e das camadas depositadas. As pastas CMP geralmente consistem em um pó abrasivo de tamanho nano disperso em uma solução quimicamente reativa. Enquanto a limpeza química suaviza o material, a abrasão mecânica remove o material, nivelando os recursos topográficos e tornando a superfície plana. Somente a limpeza química é isotrópica e não planifica a topografia da superfície, enquanto a abrasão mecânica planifica a superfície, mas introduz defeitos de superfície. Um processo de CMP projetado corretamente pode alcançar a planaridade sem introduzir defeitos de superfície.

A distribuição de tamanho das partículas abrasivas é o parâmetro crítico do projeto em uma pasta CMP, afetando as principais métricas, como a taxa de remoção de material e os defeitos de superfície. Outro parâmetro importante é a dispersão/agregação de partículas na pasta. Partículas aglomeradas se comportam como partículas superdimensionadas, resultando em danos à superfície durante o processo de polimento. 

A faixa de tamanho típico de partículas abrasivas de CMP é de 10 a 250 nanômetros. Várias técnicas de dimensionamento de partículas são capazes de medir o tamanho das partículas nessa faixa, com precisão e exatidão variáveis. Difração laser, espalhamento de luz dinâmico e dispersão de raios X de pequeno ângulo são as principais técnicas para fornecer alta precisão e exatidão nessa faixa de tamanho.

A agregação pode causar agregados superdimensionados de até 10 mícrons, normalmente na faixa de ppm em números. A estabilidade da pasta em relação à agregação de partículas pode ser determinada usando o potencial zeta. A presença de partículas superdimensionadas pode ser detectada usando técnicas de espalhamento de luz ou de formação de imagens.

Caracterização da pasta CMP e dos seus componentes

A Malvern Panalytical tem soluções e equipamentos para otimizar vários parâmetros da pasta CMP usada no setor de semicondutores:

  • Zetasizer: análise do tamanho das partículas, de subnanômetros a vários mícrons. Além disso, ele mede o potencial zeta para investigar a estabilidade da pasta. 
  • Mastersizer 3000: análise do tamanho das partículas, de 10 nm a 3 mm, como pó seco ou dispersão de pasta, incluindo partículas superdimensionadas.
  • Morphologi 4: detecção de partículas superdimensionadas, de 0,5 µm em diante.
  • Empyrean: análise do tamanho das partículas, na faixa de 1 a 100 nm, usando dispersão de raios X em pequeno ângulo.

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