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鐳射輔助缺陷檢測系統應用於硬碟片拋光 中的 CMP 漿料開發 Toshi Kasai, Charles Dowell – Cabot Microelectronics Corp Anoop Somanchi – KLA-Tencor Corporation
對於硬碟製造而言，CMP 刮傷的特性化是改善元件可靠性的關鍵。KLA-Tencor 的 CandelaTM 光學表面分析儀 (OSA) 系統配備有橢圓測厚儀、反射器、散射量度器和光學輪廓儀功能，可用於缺陷偵測，提供偵測的諧調性與一致性， 並且免除人工偵測的主觀性。Candela OSA 技術展現出遠比傳統暗視野顯微鏡 (DFMs) 要低的變化性；同時也更容易 識別小型刮傷 (< 10μm)。
簡介
數工具。雖然 DFM 極為方便且容易使用，但是另一個
在硬碟機 (HDD) 產業中，增加資料容量的需要在最近十
廣為人知的情況是使用 DFM 進行刮傷計數與分析是極
年間已經成為必要的數項技術成就。1 從磁頭磁盤介面
為主觀，同時非常需要依賴操作人員。其人工控制操作
(HDI) 的觀點來看，快速讀／寫頭與磁盤媒體之間距離
提供相對而言較差的可靠性及再生性 (R&R) 同時缺陷分
的減少已經成為達成 HDD 高資料密度的主要驅動力。
類也比較困難（例如依照大小）。同時也不容易獲得總
為了能夠將磁頭與磁盤之間的差距減至最低，磁碟的表
微粒的數目，因為缺陷的數目相對而言比較大。
面粗糙度必須要夠低，同時更重要的是，表面缺陷的數
最近在雷射輔助光學表面分析儀 (OSA) 系統方面的開發
目（例如刮傷和微粒）必須夠小以便改善 HDD 操作的
提供更能夠重複運用及更可靠的表面度量資訊。4-6 舉例
機械可靠度。
來說，Candela 儀器系列配備有橢圓測厚儀 (ellipsometer)、
化學機械平坦化 (CMP) 製程是使得硬磁盤表面能夠平
反射計、散射量度器 (scatterometer) 和光學輪廓儀 (optical
滑的關鍵步驟。2 一般而言，CMP 是透過磁盤表面的化
profiler) 功能。6-8 每個操作模式和模式的組合皆可用於
學反應和機械磨損的組合，並接觸聚合墊和漿料（包含
缺陷偵測，同時提供特定缺陷資料的可用性，例如類
複雜的化學作用以及套用負載的磨蝕）所完成。 3 目前
型、數目及位置。再者，多功能的缺陷掃描與分析配方
已確認漿料對於硬磁盤刮傷缺陷效能有明顯的影響。搬
提供積極性偵測的諧調性與一致性。如此有助於排除人
運、化學物質失衡，或是 CMP 漿料中存在有大量磨蝕微
工偵測的主觀性。Candela 系統廣泛用於硬碟機產業的
粒都有可能產生刮傷。因此在漿料開發時請務必利用一
缺陷識別。
致的刮傷特性技術。
此報告描述缺陷偵測配方的近期發展以及使用 Candela 儀
在硬磁盤基板上可以使用數種偵測系統來進行刮傷特
器測量的硬碟機的刮傷數目結果。使用 Candela 收集到的
性。其中一個範例是暗視野顯微鏡 (DFM) 架構的刮傷計
刮傷資料會與由傳統 DFM 與其他 OSA 系統類型獲得的
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資料儲存 資料進行比較。結果顯示配方參數的調整是獲得一致性
與磁盤表面有關的斜角，使得 CCD 無法直接收集反映
刮傷數目的關鍵。在 DFM 技術中沒有提供此選項。使
光線。如果缺陷存在於磁盤上，入射光線將會散射，
用 Candela 系統進行刮傷缺陷分析的其他好處也將會進
而 CCD 相機將會偵測到散射的訊號。缺陷會以明亮影
行討論。
像的形式出現在監視器中的暗背景上。操作人員會旋轉 磁盤以檢測表面，並且以人工方式計算缺陷數目。使用 DFM 技術的優點為與 Candela 工具相比，其相對而言較
實驗
短的處理時間以及簡單的設定方式。 Candela 缺陷偵測系統
Candela CS10 是一個 405nm 的雷射輔助多功能工具。此
Candela 和 DFM 的範例準備與實驗設定
工具配備有兩種雷射（稱為周圍雷射與放射雷射），
在 CMP 製程之前，磁盤範例已接地及鎳磷 (nickel-phosphorous)
如圖 1 所示。兩條雷射光束來自 90 度角並且會合於範例
塗裝9。磁盤內部與外部直徑與厚度分別為 25mm、95mm
的分析點。儀器提供使用光束或兩條雷射同時掃描磁碟
和 1.27mm。磁盤是使用數種 CMP 漿料進行拋光、清潔，
的能力。訊號偵測是透過兩條偵測通道執行，以便取得
然後轉出進行缺陷檢測。磁盤的清潔程度是刮傷檢測的
反映與散射光束。在刮傷與微粒缺陷識別方面，將會使
關鍵，因為由於搬運所造成殘餘的化學物質和沾污可能
用由光電倍增管 (PMT) 檢測器組成的散射器通道。在此
會導致計算錯誤。
模式中，與範例表面產生互動的雷射會產生散射訊號， 此訊號會以散射訊號影像上的明區域形式出現。可使用 的入射雷射中的三種偏振模式：P、S 和 Q（P 和 S 的組 合）。在測量期間，磁碟將會旋轉，同時雷射源及偵測 系統會以橫向移動，因此能夠掃描整個磁碟範例的區域。
將磁盤放置在儀器平台，即可自動執行 Candela 測量程 序。資料輸出包括每個儲存區中的刮傷與微粒分佈，連 同顯示磁盤的缺陷位置的圖。收集的缺陷資料可依照 大小分類成為五個儲存區 (bin)。刮傷缺陷儲存區的標稱 設定如下：bin 1: 20-100µm; bin 2:100-500µm; bin 3:5001000µm; bin 4:1000-5000µm and bin 5:>5000µm.
Candela CS10 system apparatus
在 DFM 技術中，刮傷的數目是以人工計數器計算的。 刮傷長度分析的執行方式是使用監視器上的刻度尺測量 每個刮傷的長度以進行分類。在特定的檢測工作中，
Circumferential laser
Scatter channel
刮傷被分類成四個群組：短 (< 2mm) 而淺、短而深、 長 (> 2mm) 而減和長而深。刮傷的深度是由目視檢測的 方式進行評估，視監視器上缺陷的明亮度而定。 使用 DFM 的磁盤的區域分析範圍是從中徑 (MD) 到外徑
Reflection channel
(OD)，而 Candela 的範圍是從內徑 (ID) 到外徑 (OD)。因 Disk sample
此，Candela 的掃描區域大約是 DFM 掃描區域的 1.5 倍。 OSA-2 刮傷偵測系統
圖 1：X 光束技術用於 Candela C10。放射與周圍雷射光束（位於直角 位置）可探測磁盤表面，能夠產生散射器通道所收集分散訊號。
另一個用於客戶端的 OSA 系統將會在稍後介紹，並且與 Candela 系統比較。此系統也使用雷射作為探測器，並 且使用分散訊號進行刮傷偵測，但並未使用 Candela 技 術。由於系統最初是由客戶所開發，而且並非作為商業 用途，因此在本文中可以很方便地將它稱為 OSA-2。由
暗視野顯微鏡 (DFM) 刮傷偵測系統
DFM 技術使用數種光源從各種不同的角度照明磁盤表 面。電荷耦合裝置 (CCD) 相機位於磁盤的上方，而磁盤
於機密的緣故，可提供的資訊非常有限；因此建立關聯 的工作可說更為艱鉅。如您在下列段落所見，Candela
表面的暗視野影像會顯示在監視器上。在此研究中，
系統的調整功能在獲得與此系統的更佳關聯方面扮演了
CCD 相機系統的放大率為 10 倍。光線進入的方向產生
重要的角色。
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資料儲存 射刮傷是不適宜的。在此研究中，兩種雷射皆能夠提供 Beam direction
廣泛的分析。圖 3 顯示在硬磁盤表面上發現的刮傷缺陷 的原子力顯微鏡 (AFM) 高度影像；(a) 及其橫斷面視圖； (b)。刮傷的寬度與深度一般而言分別為 ~1µm 和數個奈 米。圖片顯示 0.1µm 寬及 1nm 深的刮傷可由 Candela 系 統清楚地監控。
Scratch visible
如同在圖 2 中所示，從兩個影像中都可以識別微粒缺陷。 分散訊號相對而言不受到光束方向的約束，雖然微粒影
Particle
(a)
200µm Beam direction
像在雷射方向中會被拉長。發生這種情況的原因是因為 雷射光束有入射角，大約與入射角平面的法線成 60 度。 拉長的功能類似刮傷，會使得在某些情況下區分刮傷與 微粒變得困難。如果要克服這個困難，可以將分析配方 中的刮傷分類參數最佳化，例如長寬比。
Scratch visible
編碼器倍增器的設定以及光電倍增管 (PMT) 的電壓被發 現對於訊雜 (S/N) 比有明顯地影響。編碼器倍增器設定是 定義每個放射位置的周圍資料點的數目。例如，64x 的編
Particle
(b)
碼器倍增器設定可允許使用者在單一放射位置取得 64 x 200µm
1,024 (=65,536) 個資料點。7 圖 4 代表單一刮傷的 Candela 分散訊號影像以及在編碼器倍增器和 PMT 電壓的三個不
圖 2：使用 (a) 放射及 (b) 周圍雷射的拋光硬磁盤表面的 Candela 分散 訊號影像。進入的光束方向是由厚箭頭所指示。
同的設定之下，靠近影像中央的固定半徑的橫斷面視圖： (a) 16X 和 475V、(b) 16x 和 525V 和 (c) 64x 和 475V。 刮傷與訊雜比的峰值強度已簡述於表 1。透過橫斷面分
結果與討論
析獲得的峰值強度是從平均背景雜訊層級測量到的振幅 (%)。請注意，單位是以工具提供的 PMT 輸出電壓的百
Candela 配方建立問題
在測量之前，必須將掃描與分析配方進行優化。在此段 落中，將會詳細檢查刮傷偵測中 Candela 配方的某些關鍵 參數的影響。
分比表示。訊雜比已定義為峰值強度至背景雜訊中最大 振幅的比率。機箱 (a) 顯示 1.2 的訊雜比，表示無法將 訊號與背景雜訊妥善地區分。PMT 電壓從 475 V 增加至 525 V（機箱 (b)）明顯地將雜訊比從 1.2 增加至 2.1（1.8
圖 2 顯示 Candela 分散圖像以便使用 (a) 放射及 (b) 周圍雷
倍）。同時編碼器倍增器中顯示增加了 2.4 倍的雜訊比
射。圖中的水平方向與磁盤範例的周圍方向平行。如圖
（機箱 (c)）。兩個參數的增加使得分散訊號呈現飽和；
所示，進入雷射的方向對於缺陷的外觀有極大的影響。
因此，在此研究中編碼器倍增器設定與 PMT 電壓分別
周圍刮傷 (其角度方位與周圍磁盤方向更加對齊) 在使用
記錄為 64x 和 475V。
放射雷射將會顯示（圖 2(a)），但是在使用周圍雷射時將 會消失（圖 2(b)）。此各向異性發生的原因是雷射光束 的方向與刮傷的縱向之間的角度變得接近 90 度時，會 產生更多分散訊號。使用兩個雷射的優點是它能夠將刮 傷方向的影響減至最低。如果放射刮傷是主要的考量， 可以蓄意僅使用周圍雷射，使得系統對於放射刮傷的靈 敏度更高。這種情況發生於磁盤在 CMP 之後轉送至組 織構造的程序。組織構造程序可允許一致、受控的刮傷 標記的形成，而在磁性層刻蝕製程中執行磁性晶體的生 長。9 如果組織構造是沿著周圍方向建立，則剩餘的放 2007 年夏季刊 Yield Management Solutions
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在掃描之後，獲得的分散訊號影像會透過分析配方進行 處理，以便找出缺陷點。分析配方參數的最佳化也是極 為關鍵。此處的關鍵參數為臨界值參數，可定義要識別 成為缺陷點的最小分散訊號。如果要以最佳的方式設定 配方參數，請執行以下操作。首先，使用分析配方處理 分散訊號影像，然後記錄刮傷數的個數。接著，操作人 員以目視檢測方式檢查相同的分散訊號影像，並且找出 人工計算的刮傷。最後，比較兩個刮傷的數目。我們假 設操作人員所計算的刮傷數目是正確而準確，因此這些 數目可以成為評估 Candela 刮傷數目的標準。可能會存 36
資料儲存 在兩種類型的錯誤：類型 I
5.0
錯誤發生於 Candela 無法識
5.0
B
別刮傷（即使刮傷缺陷已經 存在）；類型 II 錯誤發生
(nm)
A
於 Candela 將實際上不是刮 傷缺陷的情況識別為刮傷。
0
(a)
-5.0
5.0
(µm)
0
5.0
(µm)
(b)
這些分類在表 2 中有圖例說 明。發生錯誤的可能性要視 在分析配方中設定的臨界參
圖 3：(a) CMP 之後硬磁盤上的刮傷 AFM 影像和 (b) 沿著由箭頭指示的刮傷的線條 AB 的區段分析。
數而定。較高的臨界值可能 會使得類型 II 錯誤減少， 但是會增加類型 I 錯誤，反
33610µm
187.90
191.75 deg
之亦然。對於周圍雷射和 放射雷射分散訊號而言，最 Units
33235
32860
佳的臨界參數值為 0.12%。 表 3 中顯示四個磁盤範例 的相關刮傷數。發生類型 I
32485
(a) 33610µm
187.90
Angle (°), Radius (µ)
30% 和 2%。兩種錯誤最理
191.75 deg
想的比率為 0%；但是要做
33235
到這點相當困難，因為這兩
Units
32860
個錯誤的關聯是一種取捨的 關係。我們選擇的情況是產
32485
(b) 34250µm
和 II 錯誤的平均機率分別是
189.39
Angle (°), Radius (µ)
生的類型 II 錯誤比較接近 於零，並且將類型 I 錯誤減
190.35 deg
至最低。在稍後會發現，臨
33875
界設定是調整功能研究中的
Units
33500
關鍵。
33125
上述開發與描述的刮傷識別 Angle (°), Radius (µ)
(c)
系統也可以套用至其他範例 類型（例如積體電路 (IC) 矽
圖 4：測量 CD 與平均影像灰色層級在不同蝕刻測試情況之間的比較。
晶圓），不過可能需要調整
機箱 (a)
機箱 (b)
機箱 (c)
編碼器倍增器
16X
16X
64X
PMT 伏特 (V)
475
575
475
峰值強度 (%)
0.04
0.16
0.12
訊雜率
1.2
2.1
2.9
某些參數。
表 1：Candela 各種編碼器倍增器 PMT 電壓設定之下，刮傷的峰值強度和訊雜比。
自然狀態 Candela 決策
刮傷
無刮傷
刮傷
良好
類型 II 錯誤
無刮傷
類型 I 錯誤
良好
表 2：Candela 配方確認測試中，類型 I 和 II 錯誤的定義。 2007 年夏季刊 Yield Management Solutions
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資料儲存 磁碟範例 數目
類型 I 錯誤 (%)
刮傷數 正確
錯誤
遺失
總計
類型 II 錯誤 (%)
1
39
0
17
56
30
0
2
11
2
1
12
8
15
3
7
0
8
15
53
0
4
30
0
12
42
29
0
整體
87
2
38
125
30
2
表 3：用於類型 I 和 II 錯誤評估的 Candela 刮傷數資料。
Candela C10
DFM
光源
藍紫光雷射 (405 nm)
白光
光源數
2
倍數
檢測器
光電增倍管 (PMT)
CCD
空間解析度限制
>4 µm
~100 µm
% 測量儀器研究變異 刮傷數的 R&R
7%
25%
1 mm
制是由雷射點大小所調節 (4µm)，而在 DFM 中，限制則 與 CCD 相機解析度以及操作人員眼睛的能力有關。測量 儀器 R&R 的研究變化已定義為 R&R 對於總計變化的貢 獻，包括可靠性、再生性以及零件與零件的變化。一般 而言，大於 9% 的值表示系統需要改善。Candela 在 10 個 範例中的表現為 7% 研究變化。這產生了可接受的 R&R 效能。另一方面，DFM 顯示 25% 的研究變化，這點較不 令人滿意，因為 DFM 需要更多的人工操作。
1 mm
(b)
圖 5：使用 (a) Candela 和 (b) 暗視野顯微鏡 (DFM) 技術的硬磁盤表 面影像。
Candela vs DFM (long scratches) 40
Regression 95% Confidence Interval
Candela counts (>1mm)
30
Y = 0.56 X + 3.4 R² 70.7% 20
10
0
10
20
30
40
DFM counts (>2mm) 圖 6：Candela 長刮傷數 (> 1 mm) 與 DFM 長刮傷數 (> 2 mm) 之 間的比較。
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圖 5 顯示使用 (a) Candela 和 (b) DFM 在相同位置檢視的 磁盤表面影像。Candela 影像是使用 P 偏振放射雷射獲 得，依圖中最上方的指示。兩個影像中所發現的差異 在先前的段落中已經有討論，將被視為 Candela 系統的 實驗設定。在 DFM 影像的中央底部看見的放射刮傷在 Candela 影像中並無法識別。另一方面，在 Candela 影像 中可以看見更多周圍刮傷（呈現水平橫向）。拉長的微 粒在 Candela 影像中與光束方向平行。左下角的污點在 兩個影像中都特別強調顯示。 工具間的代表性差異在表 4 中有簡略說明。Candela 的 空間偵測限制遠小於 DFM。在 Candela 情況中，偵測限
表 4：Candela C10 與暗視野顯微鏡 (DFM) 技術之間的特性比較。
(a)
Candela 與 DFM 之間的關聯
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已執行在 DFM 和 Candela 之間的刮傷數目的比較研究。 圖 6 顯示 DFM 長刮傷數 (> 2mm) 與 Candela 長刮傷數 (> 1mm) 之間的關聯。刮傷數的變化源自不同種類的漿 料及各種刮傷完成的使用。線性回歸關聯係數值 R2 為 71%。這表示 DFM 與 Candela 刮傷數之間的關聯並不重 要。一般而言，至少 75% 的 R2 需要有滿意的關聯。10 此外，關聯並未符合的原因是在 95% 的信任層級中，回 歸線與線條 y = x 並不相等。這可能是由於兩個儀器的 偵測系統中的差異所致，包括 DFM 系統的測量儀器的 可靠性及再生性不佳。刮傷數的關聯是在各種尺寸的種 類中進行檢驗，如表 5 中所簡述。最大的 R2 為 71%， 可在上述的情況中找到。 在圖 6 中的回歸線坡度為 0.56，這個數字比 1 要低。 這意味在分析準則之下，Candela 無法找出 DFM 能夠 偵測到的刮傷。考量到掃描區域中的差異（Candela 的 掃描區域約為 DFM 掃描區域的 1.5 倍大）以及刮傷分 類的大小（Candela > 1mm 而 DFM > 2mm），Candela 無法找出的整體刮傷數目可能會更大。此差異最有可 能的原因是 Candela 儀器對於淺刮傷並不靈敏，因為來 自這些缺陷的分散訊號相對而言較低，以及先前討論 過的系統臨界值設定問題。表 5 中顯示的資料支援此 前提。當 DFM 偵測從先前的比較中僅計算深刮傷時， 回歸線的坡度為 1.5（從 0.56 上升）。 38
資料儲存 Candela 種類
DFM 刮傷大小 種類
刮傷大小
a （坡度）
b （y 攔截）
R 平方 (%)
Candela 調整功能及其在 CMP 漿料篩選的使用
1
1 mm>
2 mm>
0.56
3.4
71
2
1 mm>
2 mm> 及深
1.5
3.9
70
3
總計
總計
2.8
84
56
列的漿料進行拋光，預期
4
0.1 mm>
總計
0.99
35
57
會呈現不同的刮傷結果。
5
0.2 mm>
總計
0.53
18
64
這些磁盤是使用 OSA-2 雷射
一組磁盤範例是使用一系
輔助光學表面分析儀進行
表 5：Candela 和 DFM 刮傷數目在各種大小種類的回歸分析。
檢測，並且分類成兩組：
散射強度範圍 (%)
範例：G1
「刮傷通過（良好）」或
刮傷儲存區
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
盤接著會由 Candela 和 DFM
3
500
1000
7
4
0
2
進行分析。圖 7(a) 和 (b) 中
4
1000
5000
0
9
3
1
顯示的資料分別是 Candela
5
5000
N/A
6
0
0
1
和 DFM 的總計刮傷數目。
268
52
35
31
在每個圖形中，將會合併
總計
「刮傷遭拒」。相同的磁
依照 OSA-2 系統的分類。
表 6：使用分散強度範圍及長度儲存區的 Candela 刮傷數目的分類範例，用於圖 8(a) 中的資料繪製。
Candela 的臨界值設定是此 段落中的關鍵，而圖 7(a) 中 (a) Candela: Total scratches 500
(b) DFM: Total scratches
的 0.12% 的值是在測量時所
Good
得到的。在漿料識別中，
500 Good Scratch rejected
300
200
100
Scratch rejected
400
Scratch count
Scratch count
400
其中字母指的是 OSA-2 提
300
供的種類，「G」代表 200
「Good」（良好）或「R」代 表「Rejected」（拒絕）；
100
0
而數字指的是使用的漿
0 G1
G2
G3
G4
R1
R2
R3
R4
會使用字母及數字的組合，
G1
G2
Disk sample number
G3
G4
R1
R2
R3
R4
Disk sample number
料。漿料 1 是標準的硬磁 盤漿料。漿料 2、3 和 4 包 含減少刮傷的附加物，分
圖 7：使用 (a) Candela 和 (b) DFM 的總計刮傷數目測量，由其他雷射輔助缺陷偵測系統 (OSA-2) 分類為「良好」 和「磁盤遭拒」等磁盤。磁盤範例號碼會指定 OSA-2 種類和使用的漿料。漿料 1 是硬磁盤使用的標準 CMP 漿 料，而漿料 2 到 4 包含擁有不同濃縮程度的刮傷減少附加物。
別以 100、1,000 和 4,000 比例濃縮（單位：相對濃 縮）。Candela 總計刮傷數 清楚地顯示刮傷控制附加
物的功效。此趨勢在 DFM 技術中較不明顯。然而 OSA-2 如以上所討論，實驗證明顯示在目前參數設定之下的
系統並無法觀察到附加物的效果。發生這種情況可能的
Candela 分散訊號對於淺刮傷可能比較靈敏。這並不一定
原因是 OSA-2 採取了不同的分類方法。我們的下一個工
是系統的缺點。其能力是提供在刮傷幾何方面有意義
作是找出如何使用 Candela 獲得與 OSA-2 一致的結果。
的資訊，例如長度、深度和寬度，比單純提供缺陷數 目更重要。Candela 的優點之一是其靈活的調整功能， 可將缺陷識別為目標刮傷幾何的功能，如以下段落的 圖例顯示。
執行將刮傷數目與選取的刮傷長度進行比較，嘗試達 成更好關聯的工作，以便獲得 Candela 和 DFM 之間的 關聯（請見表 5）；但是結果並不令人滿意。稍後會建 議 OSA-2 以刮傷的寬度、深度及長度將缺陷分類。從 此資訊來看，我們得到的結論是分散強度應該有額外的 焦點。分散訊號起源於刮傷缺陷之間的相互作用，而雷
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39
資料儲存 射光束可能會包含刮傷強度的寬度與深度資訊。標準的
深而長的刮傷來獲得最與 OSA-2 較佳的關聯，因為結果
Candela 分類技術並不允許此功能。可能的刮傷缺陷點如
顯示擁有較大分散強度的刮傷在 OSA-2 偵測中能夠有較
果顯示比臨界值還要高的分散訊號，則將全部被視為缺
佳的強調顯示。如圖 8(b) 所示，在 Candela 中發現的關
陷。如果要使用分散強度分類刮傷缺陷，需要以不同的
聯對於 DFM 刮傷數而言並不明顯。
臨界值重新分析分散訊號資料，然後會根據分散強度範 圍以人工分類獲得的刮傷數目。 圖 7(a) 中 G1 範例的分類範例如表 6 所示。刮傷的分類 視其長度及其分散強度而定。明顯刮傷的數目可透過此 表找出。刮傷缺陷顯示高於 0.4% 的強度者將被分類成最 重要的缺陷，不論它們的長度有多長或是它們被計算成 為刮傷的數目。強度範圍顯示在 0.3 到 0.4% 的刮傷缺陷 是第二重要的缺陷，而且會被分類成刮傷（如果它們的
Candela 系統提供有意義的資訊 給刮傷幾何（例如長度、深度和 寬度，以及靈活的調整功能） 供缺陷識別作為目標刮 傷幾何的功能。
長度超過 500µm）。同樣地，強度範圍在 0.2 到 0.3% 的
資料分析顯示在 Candela 和 OSA-2 之間可獲得最佳的關
刮傷會被識別為第三重要的缺陷，而且會被分類成刮傷
聯，而後者的臨界設定相對而言比前者要高。如表 6 所
（如果它們的長度超過 5000µm）。上述提及的刮傷數目
示，大部分的刮傷顯示 G1 範例中的分散強度在 0.2% 以
總和可獲得成為新分類的刮傷數目。
下。刮傷控制附加物的使用可有效地減少此類別中的刮
圖 8(a) 顯示在新定義之下的刮傷數與圖 7(a) 的磁盤範例
傷數目，但是對於擁有較大分散強度的刮傷（可能成為
相同。利用 OSA-2 中提供的「良好」與「拒絕」，能夠
OSA-2 偵測的主要焦點）而言，效果則較不明顯。此識
更清楚地區分這兩個類別。當刮傷的數目在 Candela 測
別對於新 CMP 漿料產品的開發非常關鍵。如果要能夠
量中大約在 40 以下時，OSA-2 會將磁盤評為「良好」；
滿意地符合客戶在刮傷減少方面的需求，刮傷定義準則
如果數值高於 40，磁盤將被評為「刮傷遭拒」。這個結
就非常重要，也就是說，了解應該要將焦點放在哪些刮
果顯示在獲得與其他缺陷度量工具更好的關聯時，分散
傷幾何（深度、長度、寬度和方向）。各種刮傷類型的
強度應該是另一個考量的關鍵參數。雖然關聯對於某些
根源可能各有不同。短／淺刮傷可能是由於磨砂微粒的
資料而言可能並不令人滿意（例如在圖 8(a) 中 G1 和 R3
結塊作用，或是由於磁盤材料所產生的隨附污染。長／深
的刮傷數很接近），但是在圖 7(a) 和 8(a) 之間發現的刮
刮傷可能是由於大型微粒沒有篩選出來，並且進入漿料
傷數輪廓的差異則很明顯。分析參數的最佳化可能有助
成為污染。根據機械作用的原因，我們在 CMP 漿料開發
於改善關聯性。對於 DFM 資料而言，會嘗試藉由選擇
的方法應該會有所不同。藉由使用配方導向的 Candela 系
(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
圖 8：(a) Candela 刮傷數以分散強度及長度進行分類 (b) DFM 刮傷數目（深與長）作為圖 7 中的相同磁盤範例。
2007 年夏季刊 Yield Management Solutions
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資料儲存 統，將可有彈性及有效率地提供所需的刮傷資訊，漿料 開發工作將可明顯提升。在此研究中，我們了解到從度 量工具獲得並選擇資訊是漿料產品開發的關鍵步驟。
致謝
作者要感謝 Li Wang 協助資料搜集，以及 Francois Batllo、 Haresh Siriwardane、Edward Remsen、Vamsi Velidandla 和
此調整功能目前尚無法成為 Candela 系統的標準程序。
Laurie Bechtler 提供有成效的討論與建議以完成此報告。
系統的額外功能可能需要 Candela 刮傷分析程序進行複 參考資料
雜的設計變更，但是將可為系統提供更多的彈性。
1. Sarid D, McCarthy B and Jabbour G E, 2004 Nanotechnology for data storage applications, in bhushan B (ed.), Springer Handbook of Nanotech-
結論
使用雷射輔助光學表面分析儀 (Candela CS10:KLA-Tencor Corp.) 以及暗視野顯微鏡 (DFM) 技術進行刮傷數目的評 估，得出以下的結論。
nology Springer-Verlag, Heidelberg, Germany. 2. Lei H and Luo J 2004, CMP of hard disk substrate using a colloidal SiO2 slurry:preliminary experimental investigation, Wear 257 pp. 461–70. 3. Michael R. Oliver (ed.) 2004, Chemical mechanical planarization of
1. 測量儀器可靠性及再生性 (R&R) 研究顯示 Candela 系
semiconductor materials, Springer-Verlag, Heidelberg, Germany.
統有 7% 的研究變化。結果產生可接受的 R&R 效能（低
4. Knollenberg R G, A polarization diversity two-color surface analysis system,
於 9%）。在另一方面，DFM 顯示 25% 的變化以及此不
1987 Journal of Environmental Sciences 30，第 35–8 頁。 5. Takami K, 1997, Defect inspection of wafers by laser scattering, Mat. Sci.
一致性最可能的原因是由於人工操作 DFM。
Eng. B 44 第 181–7 頁。
2. Candela 與 DFM 刮傷數目之間的關聯性有 71% 的 R
6. Meeks S W 2003, Optical surface analyzer inspects transparent wafers, Laser
是在特定的刮傷大小分類上。發生這種最低限度的關聯
Focus World 39 第 105–6, 8 頁。
的原因是由於 DFM 測量功能的 R&R 相對而言不佳，以
7. Bechtler L, Velidandla V and Lane G, 2003, Optical surface analysis
及系統間偵測系統的差異。
of transparent substrates for manufacturing applications, Proceedings of
2
Electrochemical Society 2003-3，第 540–7 頁。
3. 顯示由於偵測、分析與資料處理系統的差異，Candela
8. Candela Instruments, 2003, Optical Surface Analyzer C10 User’s Manual,
能夠更輕易地識別小型刮傷（少於 10µm），但是在使用
Software version 1.0, Rev 1.0.
的參數設定之下，對於微小刮傷的靈敏度則低於 DFM。
9. Johnson K E, Mate C M, Merz J A, White R L and Wu A W, 1996 Thin
4. Candela 刮傷數目為標準臨界值，清楚顯示 CMP 漿料 添加劑對於刮傷減少的效果。此效果在 DFM 技術上並
film media - current and future technology, IBM J. Res. Develop. 40 (Sept). 10. Miller J N and Miller J C, 2000, Statistics and chemometrics for analytical chemistry, 4th ed. Pearson Education Limited, Edinburgh Gate.
不明顯，原因是受到上述解析度的限制。 5. Candela 的靈敏度調整（微調）功能使得刮傷數與使 用其他雷射輔助刮傷偵測工具獲得的數目有可能產生關 聯。使用 DFM 技術並無法達成上述效果。根據刮傷缺 陷的條件，Candela 可藉由配方的修改進行調整，獲得所 需的刮傷資訊。
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