Проблем уградње абразивног материјала у грејање ЦМП раствора
Суспензија хемијске механичке планаризације садржи абразивне честице силицијум диоксида, церије или глинице са примарним величинама честица од 20 до 150 нм које формирају агломерате до 1 до 5 микрона током складиштења и транспорта. Када загрејана суспензија прође преко површина ПФА грејача, ови агломерати се могу уградити у полимер, стварајући храпавост која убрзава даље накупљање честица. Квантитативна анализа из 31 ЦМП дистрибутивног система у полупроводничким фабрикама показује да површинска микротврдоћа ПФА (мерена Викерсовим удубљењем) обрнуто корелира са дубином уградње, при чему свако повећање тврдоће за 5 МПа смањује дубину уградње за 0,3 до 0,5 микрона након 2000 сати рада.
Механизам уградње и зависност од тврдоће
Уграђивање абразивних честица у површине ПФА настаје када примењени напон од контакта са -зидом честица премашује границу течења полимера. За агломерат од 2-микрона који путује брзином од 1,5 м/с у каши, ударни напон се израчунава на приближно 35 МПа. Стандардни ПФА показује Викерсову микротврдоћу од 55 до 65 МПа на 25 степени, пада на 25 до 35 МПа на 60 степени типично за дистрибуцију ЦМП суспензије. Када ударни напон пређе температуру{17}}кориговану тврдоћу, полимер се пластично деформише и инкапсулира агломерат. Очврсли ПФА типови који садрже 10% до 20% полиетеретеркетона или мешавине полиимида постижу тврдоћу на собној{24}}температури од 85 до 100 МПа, задржавајући 50 до 65 МПа на 60 степени. Микроскопија попречног пресека грејача после 2000 сати показује дубину уградње од 2,8 микрона за стандардни ПФА наспрам 0,9 микрона за очврсли ПФА.
Праг величине агломерата честица за уградњу
Критични пречник агломерата за иницирање уградње мења се обрнуто са површинском тврдоћом. За стандардни ПФА на 60 степени (тврдоћа 30 МПа), агломерати већи од 1,8 микрона стварају довољан контактни напон за уградњу. За очврсли ПФА (тврдоћа 55 МПа на 60 степени), праг се повећава на 3,2 микрона. ЦМП системи за филтрирање суспензије обично користе апсолутне филтере од 1 микрона или 2 микрона, што значи да је већина агломерата који пролазе кроз филтер испод 2 микрона. У системима са стандардним ПФА грејачима, праг од 1,8 микрона значи да су агломерати између 1,8 и 2,0 микрона уграђени, што доприноси храпавости површине. У системима са ојачаним ПФА, праг од 3,2 микрона обезбеђује да готово сви филтрирани агломерати пролазе без уградње. Подаци са терена потврђују да очврсли ПФА грејачи одржавају Ра испод 0,8 микрона током првих 3000 сати, док стандардни ПФА грејачи премашују Ра 1,5 микрона за 1500 сати.
Промена топлотне проводљивости-Искључена за очвршћене типове
Мешање полимера које повећава микротврдоћу ПФА такође смањује топлотну проводљивост. Стандардни ПФА проводи топлоту при 0,19 В/м·К на 60 степени. Очврсли типови са 15% ПЕЕК мешањем проводе при 0,17 В/м·К, смањење од 11%. За грејач који расипа 15 В/цм² кроз зид од 2,0 мм, пад температуре преко ПФА се повећава са 15,8 степени на 17,9 степени, подижући унутрашњу температуру жице за 2,1 степен. Ово повећање је генерално прихватљиво за ЦМП апликације где су температуре суспензије умерене (35 степени до 45 степени), а маргине деградације ПФА су довољне. Међутим, за високо{17}температурне ЦМП процесе који прелазе 55 степени, комбиновани ефекти смањене топлотне проводљивости и повишене радне температуре могу довести до унутрашње температуре жице изнад 200 степени, убрзавајући старење изолације. У таквим случајевима, корист од тврдоће се мора одмерити у односу на смањен век трајања грејача.
Стабилност површинске тврдоће под хабањем суспензије
Микротврдоћа ПФА површина није статична у ЦМП суспензији због абразивног хабања и потенцијалног омекшавања услед хемијског напада. Стандардни ПФА на 60 степени у суспензији на бази церије (пХ 10,5) показује смањење тврдоће са 30 МПа на 22 МПа након 1000 сати услед пластифицирања површине хидроксидним јонима. Очврсли ПФА типови са мешањем ПЕЕК показују мању осетљивост, смањујући се са 55 МПа на 48 МПа под идентичним условима. Задржавање тврдоће у хемијски агресивним суспензијама је једнако важно као и почетна тврдоћа. Добављачи треба да обезбеде податке о тврдоћи након 1000-часовног потапања у специфичну хемију суспензије, пошто убрзано старење у дејонизованој води не представља стварне услове рада. Церијеве суспензије су посебно агресивне према флуорополимерима због комбинације високог пХ и механички тврдих абразивних честица.
Превенција уградње тврдоћом и филтрацијом
| ЦМП тип суспензије и радна температура | ПФА степен тврдоће | Викерсова тврдоћа при радној темп | Предвиђена дубина уградње агломерата на 2000 сати | Потребна оцена филтрације за нулту уградњу |
|---|---|---|---|---|
| Силицијум, пХ 10,5, 40 степени, оксид ЦМП | Стандард (65 МПа на 25 степени) | 35 МПа | 1,8 до 2,2 микрона | 1,0 микрона апсолутно |
| Силицијум, пХ 10,5, 40 степени, оксид ЦМП | Очврснуо (95 МПа на 25 степени) | 60 МПа | 0,6 до 0,9 микрона | 2,0 микрона апсолутно |
| Церијум, пХ 10,8, 45 степени, СТИ ЦМП | Очврснуо (95 МПа на 25 степени) | 55 МПа | 0,8 до 1,1 микрона | 2,0 микрона апсолутно са хемијском отпорношћу |
| Глиница, пХ 4,0, 35 степени, метал ЦМП | Каљено или стандардно | 35 до 50 МПа | 1,2 до 2,5 микрона у зависности од класе | 1,5 микрона апсолутно |
Утицај уградње на кондиционирање стајњака и дефект
Уграђене абразивне честице у површине ПФА грејача стварају два дефектна механизма у ЦМП процесима. Прво, уграђене честице се током времена делимично ослобађају назад у ток каше, уносећи превелике агломерате који гребу облатне. Друго, храпава површина грејача постаје место за агломерацију суспензије, стварајући полимер-абразивне композите који се одвајају као велике честице. Подаци инспекције дефекта плочице из фабрика од 300 мм показују да стандардни ПФА грејачи доприносе у просеку 12 до 18 додатних дефеката по пролазу плочице од ових механизама након 1500 сати рада. Очврсли ПФА грејачи показују 3 до 5 додатних дефеката после 3000 сати. За напредне чворове где укупни дефекти морају остати испод 10 по плочици, ојачани ПФА са апсолутном филтрацијом од 2,0 микрона обезбеђује неопходну маргину.
Смернице за спецификације за ЦМП грејаче стајњака
За аутоматизоване ЦМП системе за дистрибуцију суспензије, наведите ПФА грејаче са микротврдоћом преко 80 МПа на 25 степени (Вицкерс, оптерећење од 50 г) и који показују задржавање изнад 50 МПа на максималној радној температури након 1000-часовног потапања у специфичну хемију суспензије. Захтевајте сертификат о тврдоћи од добављача мерену на површинама производних грејача, а не на одвојено обликованим испитним купонима, пошто тврдоћа површине варира са брзином хлађења током производње. За оксидни ЦМП са силицијумским раствором на 40 степени, очврснути ПФА са апсолутном филтрацијом од 2,0 микрона постиже нулту мерљиву уградњу за очекивани век трајања грејача од 5000 сати. За СТИ ЦМП са суспензијом церије, препоручује се комбинација очврслог ПФА и апсолутне филтрације од 1,5 микрона због веће хемијске агресивности церије. Приликом надоградње постојећих система са стандардног на ојачани ПФА, проверите да ли су кућиште филтера и заптивке пумпе компатибилни са било којом модификованом хемијом суспензије, пошто промена грејача ПФА не мења друге компоненте система. Затражите попречне пресеке дубине уградње од добављача као податке за валидацију, који показују да нема пенетрације агломерата преко 1,0 микрона после убрзаног тестирања од 2000 сати на 5 степени изнад максималне радне температуре да би се обезбедила безбедносна маргина.
