数据存储
适用于硬盘抛光中化学机械平面工艺 (CMP) 浆开发的激光辅助缺陷检测系 统的应用 Toshi Kasai、Charles Dowell – Cabot Microelectronics Corp Anoop Somanchi – KLA-Tencor Corporation
对于硬盘生产来说，确定 CMP 刮伤的特点是提高器件可靠性的关键。KLA-Tencor CandelaTM 光学表面分析仪 (OSA) 系 统具有椭圆偏光测量仪、反射计、散射仪和光学轮廓仪功能，可用于缺陷检测，实现检测可微调性和一致性，消除 手工检测的主观性。Candela OSA 技术的可变性明显低于常规暗场显微镜 (DFM)，识别小刮伤 (<10μm) 也更容易。
简介
几个检测系统可用于硬盘衬底上的刮伤特性化。例如，
在硬盘驱动器 (HDD) 行业中，最近十年对提高数据容量
以刮伤计数工具为基础的暗场显微镜 (DFM)。虽然 DFM
的需求使得几项技术的实施成为了必要。 1 从磁头磁盘
方便而且易于使用，但采用 DFM 进行的刮伤计数与分
接口 (HDI) 观点来看，缩短从临时读写磁头到磁盘介质
析非常主观，与操作员的关系很大。其手动处理操作方
之间的距离已经成为在 HDD 上达到更高数据密度的主
式导致重复率和可重现性 (R&R) 较差，缺陷分类较为笨
要驱动力。为了尽可能缩短磁头与磁盘之间的间隙，需
重（例如，按尺寸）。由于缺陷数量较大，因而获得微
要将磁盘的表面粗糙度控制在足够低的水平。更重要的
粒总数也很困难。
是，刮伤、微粒等表面缺陷的数量必须少到足以能够提
激光辅助光学表面分析仪 (OSA) 系统的最新发展提供
高 HDD 运行的机械稳定性。
了重复性更高、更可靠的表面形貌信息。4-6 例如，一系
化学机械平面 (CMP) 工艺是达到光滑硬盘表面的一个关
列的 Candela 仪器配备了椭圆偏光测量计、反射计、散
键步骤。2 一般来说，CMP 是通过化学反应并结合用聚
射仪和光学轮廓仪功能。 6-8 每一种运行模式和运行模
合垫和含有先进化学物质及研磨剂的浆液，在一定负荷
式组合都可用于缺陷检测并提供特定的缺陷数据，如类
下对磁盘接触表面的机械研磨来实现的。3 浆液对硬盘
型、数目和位置。此外，采用多用型缺陷扫描与分析掩
刮伤缺陷性能具有显著的影响。在处理过程中、化学不
膜版可以实现建设性的缺陷调节能力和一致性。这有助
平衡时或者当 CMP 浆液中存在较大研磨微粒时，都可
于消除手动检测的主观性。Candela 工具在硬盘驱动器工业
能产生刮伤。因此，浆液开发时需要使用一种一致的刮
中被广泛用于缺陷识别。
伤特性化技术，这是非常关键的。
此报告提供了缺陷检测掩膜版的最新发展，以及采用 Candela 仪器测量硬盘刮伤数的结果。将采用 Candela 汇
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数据存储 集的刮伤数据与采用常规 DFM 和其他类型 OSA 工具采
由 CCD 照相机检测。缺陷作为光亮图像出现在监视器
集的数据进行比较。可以看到，掩膜版参数的微调对于
上的暗背景中。操作员旋转磁盘来检测表面，并对缺陷
获得一致的刮伤数目是很关键的。而 DFM 技术中没有
数目进行手工计数。与 Candela 工具相比，使用 DFM 技
此选项。此外，还讨论了使用 Candela 工具进行刮伤缺
术的一个优点是处理时间较短，易于设置。
陷分析的其他优点。 Candela 和 DFM 的样品制备与实验设置 实验
对磁盘样品进行打磨并涂上镍-磷，9 之后才能进行 CMP 工艺。磁盘的内径、外径及厚度分别为 25 毫米、95 毫
Candela 缺陷检测系统
Candela CS10 是一种 405 纳米激光辅助多功能工具。它配 有两束激光，称为周向激光和径向激光，如图 1 所示。两 束激光形成了一个 90 度角，汇聚在样品分析点处。仪 器可以用任何一束激光或者同时用两束光束进行磁盘扫
米和 1.27 毫米。采用几种 CMP 浆液对磁盘进行抛光， 清洁，然后送去进行缺陷检测。磁盘的清洁度对于刮伤 检测非常关键，因为处理过程中产生的残余化学品和污 点可能造成计数错误。
描。信号检测由两个检测通道来执行，用于反射光束和
将磁盘放在仪器的掩膜版上，可以自动进行 Candela 测
散射光束。刮伤和微粒缺陷的识别采用含有光学倍增管
量程序。数据输出包括每一类的刮伤和微粒分布，还有
(PMT) 的散射通道。在这种模式下，激光与样品表面相
一份磁盘缺陷位置图。所收集的缺陷数据可以按尺寸分
互作用产生散射信号，在散射信号图像上作为光亮区域
为五类。刮伤检测类别的公称设置如下：类别 1：20-
出现。入射激光的极化有三种模式：P、S 和 Q（P 和 S
100µm；类别 2：100-500µm；类别 3：500-1000µm；
的组合）。在测量期间，磁盘旋转，激光源和检测系统
类别 4：1000-5000µm；类别 5：>5000µm。
横向移动，因而可以扫描到磁盘样品的全部区域。
在 DFM 技术中，用一台手动计数器来对刮伤进行计 数。刮伤长度分析通过测量监视器上每条刮伤的长度来
Candela CS10 system apparatus
进行，并采用标尺进行分类。在具体的检测工作中，刮 伤分为四组：短 (< 2mm) 而浅，短而深，长 (> 2mm) 而 浅，长而深。刮伤的深度采用目视检测，根据监视器上
Circumferential laser
Scatter channel
的亮度来评定。 使用 DFM 的磁盘上的分析区域范围是从中径 (MD) 到 外径 (OD)，而 Candela 的分析区域范围是从内径 (ID) 到 外径 (OD)。因此，Candela 的扫描面积比 DFM 大了约
Reflection channel
1.5 倍。 Disk sample
OSA-2 刮伤检测系统
客户现场使用的另一种 OSA 工具将在后面介绍，并与 Candela 工具进行比较。此工具也使用激光作为探头， 图 1：用于 Candela C10 的 X 光束技术。位于正交位置的径向和周向 激光束探测磁盘表面，所产生的散射信号被散射通道收集。
并采用散射信号进行刮伤检测，但是不使用 Candela 技 术。由于工具是由客户原始开发的，而不是商用工具， 因而在本文中方便地称之为 OSA-2。由于保密的原因， 可以得到的信息非常有限。因此，确定相关性是非常具
暗场显微镜 (DFM) 刮伤检测系统
DFM 技术采用几种光源，从不同的角度为磁盘表面提供 照明。电荷耦合器件 (CCD) 照相机位于磁盘的上方，磁 盘表面的暗场图像显示在监视器上。在本研究中，CCD
有挑战性的。正如后面部分所示，为了用这种工具获取 更好的相关性，Candela 工具的微调能力起着非常重要 的作用。
照相机系统的放大倍数为 10X。光的入射方向相对于磁盘 表面有一个浅角，因此发射光并不是直接由 CCD 收集 的。如果磁盘上存在缺陷，则入射光被散射，散射信号 2007 年夏 Yield Management Solutions
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数据存储 当变形沿着周向进行时，剩余的径向刮伤是不利的。 Beam direction
在本研究中，允许采用两束激光进行综合分析。图 3 显 示了硬盘表面上发现的刮伤缺陷的原子力显微镜 (AFM) 高度图像 (a) 及其截面视图 (b)。刮伤的宽度和深度一般 分别为 ~1µm 和几个纳米。经证明，采用 Candela 系统 可以清晰地观察到 0.1µm 宽、1 纳米深的刮伤。
Scratch visible
如图 2 所示，在两个图像中均可看到微粒缺陷。散射信 号与光束方向关系不大，但微粒图像在激光方向上会被
Particle
(a)
200µm Beam direction Scratch visible
拉长。这是由于激光束有一个入射角，与入射平面的法 向约成 60 度。拉长的特点与刮伤类似，在某些情况下会造 成刮伤与微粒难以区分。在分析掩膜版中，可以通过优 化刮伤分类参数（如高宽比）来克服此困难。 经发现，编码器倍增设置和光学倍增管 (PMT) 电压对信噪 比 (S/N) 具有显著的影响。编码器倍增设置定义了每个 径向位置的周向数据点数。例如，编码器倍增设置 64x 允许在一个径向位置上采取 64 x 1,024 (=65,536) 个数据
Particle
(b)
点。7 图 4 提供了一处刮伤的 Candela 散射信号图像，以 200µm
及在三种不同编码器倍增设置和 PMT 电压下图像中心附 近固定半径处的截面视图：(a) 16X 和 475V，(b) 16x 和
图 2：采用 (a) 径向和 (b) 周向激光得到的抛光硬盘表面 Candela 散射 信号图像。入射光束方向用粗箭头予以指示。
525V，(c) 64x 和 475V。 表 1 概括了刮伤的峰值密度和信噪比 。峰值密度由截面分 析得到，是由平均背景噪声水平测得的峰值幅度 (%)。
结果与讨论
注意工具给出的单位采用 PMT 输出电压的百分比。信 噪比定义为峰值密度与背景噪声最大幅度之比。案例 (a)
Candela 掩膜版创建问题
在测量之前，扫描与分析掩膜版需要进行优化。在本部 分中，对一些用于刮伤检测的 Candela 掩膜版关键参数的 影响进行了研究。
显示信噪比为 1.2，表示信号不能很好地与背景噪声区 别开。PMT 电压从 475 V 增大到 525 V（案例 (b)）可以 显著提高信噪比，从 1.2 提高到 2.1（1.8倍）。此外， 编码器倍增设置增大时也显示信噪比提高 2.4 倍（案例
图 2 显示了使用 (a) 径向和 (b) 周向激光的 Candela 散射
(c)）。两个参数的增大使得散射信号达到饱和；因此，
图像。图中的水平方向平行于磁盘样品的周向。如图所
在本研究中编码器倍增设置和 PMT 电压分别采用 64x
示，入射激光的方向对缺陷的外观有着高度的影响。周
和 475V。
向刮伤的角向与磁盘的轴向较为一致，可采用径向激光 查看（图 2(a)），但采用周向激光（图 2(b)）时会变得看 不到。这种各向异性的发生是由于当激光束方向与刮伤 纵向之间的角度接近 90 度时会产生更多的散射信号。 使用两束激光的优点是可以最大程度地降低刮伤方向的 影响。如果最关注的是径向刮伤，则可以只使用周向激 光，使系统变得对径向刮伤更为灵敏。这是 CMP 之后送 往变形工艺的磁盘的情况。变形工艺可以形成统一的、 可控制的划痕，在磁层沉积工艺中可以沿着这些划痕进 行磁性晶体生长。9
扫描之后，通过分析掩膜版对所得到的散射信号图像进 行处理，以识别缺陷点。分析掩膜版参数的优化也是非 常关键的。此处的一个关键参数是阈值参数，它定义了 可以识别为缺陷点的最小散射信号强度。为了设定最佳 的掩膜版参数，应当执行以下操作。首先，采用分析掩 膜版处理散射信号图像，并记录刮伤数目。其次，通过 操作员目视来检查相同的散射信号图像，对识别的刮伤 进行人工计数。最后，对两个刮伤数目进行比较。我们 假设操作员得到的刮伤数目是精确的、准确的，可以用 作评价 Candela 刮伤计数的标准。存在着两种类型的潜在 误差：当 Candela 没有识别到本来存在的刮伤缺陷时，
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数据存储 发生 I 类误差；当 Candela
5.0
将非刮伤缺陷归为刮伤时，
5.0
B
发生 II 类误差。这些类别 见表 2 所示。误差的机率
(nm)
A
取 决于分析掩膜版中设定 的阈值参数。较高的阈值会
0
(a)
-5.0
5.0
(µm)
0
(b)
5.0
(µm)
降低 II 类误差，但会增加 I 类误差，反之亦然。研究 发现，周向和径向激光散射
图 3：(a) CMP 之后硬盘上刮伤的 AFM 图像，(b) 沿着箭头所示刮伤的 AB 线进行的截面分析。
信号阈值参数的最佳数值为 0.12%。四个磁盘样品的相 关刮伤计数见表 3 所示。
33610µm
191.75 deg
187.90
I 类和 II 类误差的平均发生 率分别为 30% 和 2%。两种 Units
33235
32860
误差率均为 0%，这是理想 情况；但由于两种误差系平
32485
衡关系，因而很有挑战性。 (a)
33610µm
187.90
Angle (°), Radius (µ)
II 类误差接近于零，同时尽
191.75 deg
可能减少 I 类误差。正如后
33235
面发现的一样，阈值设置
Units
32860
在微调功能研究中是一个 关键。
32485
(b) 34250µm
我们选择的条件是所产生的
Angle (°), Radius (µ)
190.35 deg
189.39
上面开发和描述的刮伤识别 系统也可适用于其他样品类
33875 Units
型，如集成电路 (IC) 硅晶
33500
片，但需要对一些参数进行 调整。
33125 Angle (°), Radius (µ)
(c)
图 4：不同蚀刻试验条件下 CD 测量值与平均图像灰度之间的比较。
案例 (a)
案例 (b)
案例 (c)
编码器倍增器
16X
16X
64X
PMT 电压 (V)
475
575
475
峰值强度 (%)
0.04
0.16
0.12
信噪比
1.2
2.1
2.9
表 1：Candela 在不同编码器倍增和 PMT 电压设置下的刮伤峰值强度和信噪比。
性质状态
Candela 的决定
刮伤
非刮伤
刮伤
良好
II 类误差
非刮伤
I 类误差
良好
表 2：Candela 掩膜版确认试验中 I 类和 II 类误差的定义。 2007 年夏 Yield Management Solutions
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数据存储 磁盘 样品 数目
刮伤数目
I类 误差 (%)
II 类 误差 (%)
Candela 与 DFM 之间的相关性
正确
错误
遗漏
总计
1
39
0
17
56
30
0
磁盘表面图像。Candela 图像是使用从图中顶部向下的 P
2
11
2
1
12
8
15
极化径向激光获得的。两个图像中的差别可以使用上一
3
7
0
8
15
53
0
4
30
0
12
42
29
0
全面
87
2
38
125
30
2
表 3：用于评定 I 类和 II 类误差的 Candela 刮伤数据。
图 5 显示了采用 (a) Candela 和 (b) DFM 在同一位置得到的
节的讨论予以解释，并考虑 Candela 工具的实验设置。 在 DFM 图像底部中心处可以看到轻微的径向刮伤，但 在 Candela 图像中未识别。另一方面，水平横向位置的 几处周向刮伤则在 Candela 图像中更易看到。在 Candela
Candela C10
DFM
图像中，微粒在平行于光束的方向上被拉伸。左下角处
光源
紫激光（405 纳米）
白光
的污点在两个图像中都很明显。
光源数
2
多
检测器
光学倍增管 (PMT)
CCD
表 4 概括了工具之间的代表性差异。Candela 的空间检测
空间分辨率限度
>4 µm
~100 µm
限比 DFM 的检测限更小。对于 Candela，检测限由激光
针对刮伤计数的 Gauge R&R 研究可变性
7%
25%
光斑的尺寸 (4µm) 来调节；而对于 DFM，此限值则取决 于 CCD 照相机的分辨率以及操作员的目测能力。Gauge
表 4：Candela C10 和暗场显微镜 (DFM) 技术之间的特性比较。
R&R 的研究可变性定义为 R&R 对整个可变性的影响， 包括可重复性、再现性和件间变化。总之，此数值大于 9% 时表示系统需要改进。Candela 对十个样品的研究可 变性为 7%。这样即达到了可接受的 R&R 性能。另一方 面，DFM 则显示了 25% 的研究可变性，这不能令人满 意，因为 DFM 需要更多的人工操作。 在 DFM 和 Candela 之间对刮伤计数进行了一项比较研究。 图 6 显示了 DFM 长刮伤数量 (> 2mm) 与 Candela 长刮伤
(a)
1 mm
1 mm
(b)
数量 (> 1mm) 之间的相关性。刮伤数量的差异源于使用
图 5：使用 (a) Candela 和 (b) 暗场显微镜 (DFM) 技术的硬盘表面图像。
具有不同刮伤性能的浆液类型。线性回归相关性系数 R2 的数值为 71%。这表示 DFM 和 Candela 刮伤计数之间的 相关性处于边缘。一般来说，R2 至少需要 75% 才能达
Candela vs DFM (long scratches)
到满意的相关性。10 此外，由于回归线与 95% 置信度时
40
的 y = x 线并不完全相同，因而相关性不匹配。这可能是
Regression 95% Confidence Interval
由于两种仪器的检测系统存在差别造成的，包括 DFM 系统的 Gauge R&R 较差。表 5 总结了不同尺寸类别下的
Candela counts (>1mm)
30
Y = 0.56 X + 3.4
刮伤计数的相关性。最大的 R2 为 71%，如上面的案例
R² 70.7%
所述。
20
图 6 中的回归线斜率为 0.56，比单数小。这表明在分析 条件下，Candela 无法发现 DFM 可能发现的一些点刮
10
伤。考虑到扫描面积的差别（Candela 的扫描面积约比 DFM 大 1.5 倍）以及分类刮伤的尺寸的差别（Candela 为
0
10
20
30
40
DFM counts (>2mm)
> 1mm，DFM 为 > 2mm），因而 Candela 不能发现的刮 伤总数可能还要更大一些。造成这种矛盾的最可能的原 因是 Candela 仪器对浅刮伤不够灵敏，因为这些缺陷
图 6：Candela 长刮伤数 (> 1 mm) 和 DFM 长刮伤数 (> 2 mm) 之间的 相关性。
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所产生的散射信号较低，以及前面所述的工具阈值设置
38
数据存储 a （斜率）
b （y 截距）
R 平方 (%)
Candela 微调功能及其在 CMP
Candela 刮伤尺寸 类别
DFM 刮伤尺寸 类别
1
1 mm>
2 mm>
0.56
3.4
71
2
1 mm>
2 mm> 及深
1.5
3.9
70
3
总计
总计
2.8
84
56
性能的浆液对一套磁盘样
4
0.1 mm>
总计
0.99
35
57
品进行抛光。用 OSA-2 激
5
0.2 mm>
总计
0.53
18
64
光辅助光学表面分析仪
浆液筛分中的使用
采用一系列具有不同刮伤
对这些磁盘进行检测，
表 5：各种尺寸类别的 Candela 和 DFM 刮伤数的回归分析。
将其分为两组：“刮伤通
散射强度范围 (%)
样品：G1
过（良好）”或“刮伤拒
刮伤分类
下限 (µm)
上限 (µm)
0.12 – 0.2
0.2 – 0.3
0.3 – 0.4
>0.4
1
20
100
179
31
23
15
2
100
500
76
8
9
12
DFM分析相同的磁盘。
3
500
1000
7
4
0
2
图7(a) 和 (b) 中显示的数据
4
1000
5000
0
9
3
1
分别是 Candela 和 DFM 的
5
5000
无
6
0
0
1
总刮伤数。每个图都结合
268
52
35
31
了按-OSA-2工具的分类。
总计
收”。然后用 Candela 和
Candela 的阈值设置是本节
表 6：使用散射强度范围及长度类别进行的 Candela 刮伤分类举例，用于图 8(a) 中的数据图。
的关键，图 7(a) 中的测量 采用的阈值是 0.12%。在 (a) Candela: Total scratches 500
(b) DFM: Total scratches
浆液标识中采用了字母和
Good
数字的组合，其中字母代表
500 Good Scratch rejected
300
200
100
Scratch rejected
400
Scratch count
Scratch count
400
示“良好”，“R”表
300
示“拒收”；数字代表所 200
用的浆液。浆液 1 是一种 标准的硬盘抛光浆。浆液
100
0
2、3 和 4 含有一种低刮伤
0 G1
G2
G3
G4
R1
R2
R3
R4
OSA-2给出的类别，“G”表
G1
G2
Disk sample number
G3
G4
R1
R2
R3
R4
Disk sample number
添加剂，浓度分别为 100、 1,000 和 4,000（单位：相 对浓度）。Candela 总刮伤
图 7：使用 (a) Candela 和 (b) DFM 对另一种激光辅助缺陷检测系统 (OSA-2) 归类为“良好”和“刮伤拒收”的磁 盘测量的总刮伤数。磁盘样品号指明 OSA-2 类别和所用的浆液。浆液 1 是一种标准的硬盘用 CMP 浆液，浆液 2 至 4 含有不同浓度的减刮伤添加剂。
数清楚地显示了刮伤控制 添加剂的效果。DFM 技术 中的这种趋势不明显。但 OSA-2 工具不能观察添加
问题。表 5 中显示的数据支持了这种假设。当 DFM 检 测只计算深刮伤时，回归线的斜率为从前面比较中的 0.56 上升到了 1.5。 正如上面所述，实验证据显示当前参数设定下的 Candela 散射信号可能对浅刮伤不灵敏。这不一定是工具的一项 缺点。它能够提供有关刮伤几何形状的有用信息，如 长度、深度和宽度，这比简单的缺陷数目更为重要。 Candela 的一个优点是其根据目标缺陷几何形状来识别缺 陷的灵活的微调功能，如下节所述。 2007 年夏 Yield Management Solutions
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剂的效果。这种情况的发生可能是由于 OSA-2 采用的 分类方法不同。我们的下一项任务是找到如何采用 Candela 通过 OSA-2 获得一致的结果。 通过将刮伤数目与所选刮伤长度进行比较，希望得到较 好的相关性，就如同在 Candela 和 DFM（见表 5）之间 获得相关性一样；但是，结果并不令人满意。后来建 议 OSA-2 按刮伤宽度和深度与刮伤长度一起来对缺陷分 类。我们从这些信息中得到的结论是：散射强度包含更 多信息。对于由刮伤缺陷与激光束之间的相互作用而产 生的散射信号，其强度中可能含有刮伤宽度与深度的 39
数据存储 信息。标准 Candela 分类计数不允许这种能力。具有高
性，因为结果表明较大散射强度的刮伤在 OSA-2 检测中
于阈值的散射信号的刮伤缺陷点全部被视为缺陷。为了
可能更显著。如图 8(b) 所示，Candela 中发现的这种相关
按照散射强度对刮伤缺陷进行分类，采用不同的阈值对
性在 DFM 刮伤计数中不明显。
散射信号数据进行了重新分析，然后根据刮伤强度范围 对得到的刮伤数目进行手工分类。 表 6 是这种分类的示例，对应于图 7(a) 中的 G1 样品。 刮伤是按照其长度和散射强度分类的。从此表中确定明 显刮伤的数目。强度高于 0.4% 的刮伤缺陷被分类为最 明显的缺陷，无论其长度如何均计入刮伤数中。强度范 围在 0.3 至 0.4% 的刮伤为第二明显的缺陷。如果长度超
Candela 系统提供长度、 深度和宽度等刮伤几何尺寸 方面的有意义信息，还提供与目 标刮伤几何尺寸相关的灵活 的缺陷识别微调功能。
过 500µm，则被归类为刮伤。类似地，强度范围在 0.2 至 0.3% 的刮伤被视为第三明显的缺陷。如果长度超过
数据分析表明，当采用较高的 Candela 阈值设置时，Candela
5000µm，则被归类为刮伤。所得到的上述刮伤数之和
和 OSA-2 之间获得了较好的相关性。如表 6 所示，G1
作为一个新分类刮伤数目。
样品中大部分刮伤所表现出的散射强度均低于 0.2%。
图 8(a) 显示了与图 7(a) 中相同的磁盘样品在新定义下的 刮伤数目。分辨 OSA-2 给出的两个类别“良好”和“拒 收”变得更加容易了。当 Candela 测量中的刮伤数少于 40 个左右时，OSA-2 将磁盘评为“良好”；当超过此数值 时，则评为“刮伤拒收”。此结果表明散射强度可能是 与其他缺陷测量工具达到较好相关性所需考虑的另一个 重要参数。虽然有些数据（例如：图 8(a) 中 G1 和 R3 的 刮伤数接近）的相关性可能还不能令人满意，但图 7(a) 和 8(a) 之间的刮伤数轮廓差别还是很显著的。分析参数 的优化可能会有助于提高相关性。对于 DFM 数据，尝 试通过选择深而长的刮伤来达到与 OSA-2 的更好相关
使用刮伤控制添加剂对于降低此类刮伤数目是有效的， 但在消除具有较大散射强度的、可在 OSA-2 中检测到 的刮伤方面则不明显。这种识别对于新 CMP 浆液产品 的开发是非常关键的。为了满足客户减少刮伤的相关要 求，刮伤定义标准非常重要，即需要了解应当检测何种 几何尺寸的刮伤（深度、长度、宽度和方向）。各种类 型的刮伤可能具有不同的根源。短／浅的刮伤可能是由 于研磨性微粒的聚结或者磁盘材料产生的副产品污染而 造成的。长／深的刮伤可能是由未被过滤掉而进入浆液 中成为污染物的微粒引起的。由于机械方面的原因，我 们对 CMP 浆液开发的研究是很困难的。面向掩膜版的 Candela 工具可以灵活有效地提供所需的刮伤信息，显著
(a) Candela: Intensity & length categorization
(b) DFM: Intensity & length categorization
150
20 Good
Good
Scratch rejected
Scratch rejected 15
Scratch count
Scratch count
100
50
0
10
5
0 G1
G2
G3
G4
R1
R2
R3
R4
Disk sample number
G1
G2
G3
G4
R1
R2
R3
R4
Disk sample number
图 8：(a) 按散射强度和长度分类的 Candela 刮伤数和 (b) DFM 刮伤数（深而长），用于图 7 中的相同磁盘样品。
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40
数据存储 提升浆液开发工作。在本研究中，我们知道从测量工具
致谢
中提取和选择需要的信息是浆液产品开发的关键步骤。
本文作者希望感谢 Li Wang 进行的数据收集工作，以
目前，Candela 系统作为标准程序提供这种微调功能。在
及 Francois Batllo、Haresh Siriwardane、Edward Remsen、
系统中增加这种功能可能需要对 Candela 刮伤分析程序进
Vamsi Velidandla 和 Laurie Bechtler 在完成此项目过程中
行复杂的设计变更，但可以为系统提供更多的灵活性。
提供的诸多讨论和建议。
结论
参考材料
通过采用激光辅助光学表面分析仪 (Candela CS10: KLA-
1. Sarid D、McCarthy B 和 Jabbour G E，2004 Nanotechnology for data storage applications，bhushan B (ed.)，Springer Handbook of Nanotechnology Springer-Verlag，Heidelberg，德国。
Tencor Corp.) 和暗场显微镜 (DFM) 技术进行刮伤数目评 定，得到如下结论。
2. Lei H 和 Luo J 2004，CMP of hard disk substrate using a colloidal SiO2 slurry:preliminary experimental investigation，Wear 257 第 461–70 页。
1. 表计可重复性和再现性 (R&R) 研究显示 Candela 的研
3. Michael R. Oliver (ed.) 2004，Chemical mechanical planarization of semiconductor materials，Springer-Verlag，Heidelberg，德国。
究可变性为 7%。这样即达到了可接受的 R&R 性能（小 于 9%）。另一方面，DFM 显示了 25% 的可变性，这种
4. Knollenberg R G，A polarization diversity two-color surface analysis system，1987 Journal of Environmental Sciences 30，第 35–8 页。
差异很可能是由于 DFM 的手动操作造成的。
5. Takami K，1997，Defect inspection of wafers by laser scattering， Mat. Sci. Eng. B 44 第 181–7 页。
2. 对于特定的刮伤尺寸分类，Candela 与 DFM 刮伤计数
6. Meeks S W 2003，Optical surface analyzer inspects transparent wafers， Laser Focus World 39 第 105–6, 8 页。
之间的相关性为 71% 的 R2。造成这种临界相关性的原 因是由于 DFM 测量能力的 R&R 较差，以及工具之间的
7. Bechtler L、Velidandla V 和 Lane G，2003，Optical surface analysis of transparent substrates for manufacturing applications，Proceedings of Electrochemical Society 2003-3，第 540–7 页。
检测系统存在差别。
8. Candela Instruments，2003，Optical Surface Analyzer C10 User’s Manual，软件版本 1.0，修订版 1.0。
3. 经证明，Candela 更易识别小的刮伤（小于 10µm），
9. Johnson K E、Mate C M、Merz J A、White R L 和 Wu A W，1996 Thin film media - current and future technology，IBM J. Res. Develop. 40（9 月）。
而对弱的刮伤在所用参数设置下不如 DFM 灵敏，这是 由于检测、分析和数据处理系统的差别造成的。 4. 具有标准阈值的 Candela 刮伤数目清楚地证明了 CMP
10. Miller J N 和 Miller J C，2000，Statistics and chemometrics for analytical chemistry，第 4 版，Pearson Education Limited，Edinburgh Gate。
浆液添加剂减少刮伤的效果。由于上述分辨率的限制， 这种效果在 DFM 技术中并不明显。 5. 由于 Candela 具有灵敏度调节（微调）能力，因而其 刮伤数目可以与其他激光辅助刮伤检测工具得到的数目 实现相关性。使用 DFM 技术不能达到这一点。根据刮 伤缺陷标准的不同，可通过改变掩膜版来对 Candela 进 行微调，提取所需的刮伤信息。
2007 年夏 Yield Management Solutions
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