Proces polerowania
Wraz z ciągłym rozwojem technologii produkcji układów scalonych (IC), rozmiary chipów stają się coraz mniejsze, warstwy połączeń wzajemnych rosną, a średnice płytek również stale rosną. Aby uzyskać okablowanie wielo-warstwowe, powierzchnia płytki musi charakteryzować się wyjątkowo płaską, gładką i czystą powierzchnią. Polerowanie chemiczno-mechaniczne (CMP) to obecnie najskuteczniejsza technologia planaryzacji płytek, która wraz z fotolitografią, trawieniem, implantacją jonów i PVD/CVD jest znana jako pięć kluczowych technologii w produkcji układów scalonych.
CMP equipment mainly consists of polishing head, polishing disc, conditioner, polishing solution delivery system, etc. The polishing head and its pressure control system are the most critical and complex components, which are the foundation and core of CMP technology to achieve nanoscale planarization. At present, the most advanced 300mm wafer polishing head abroad adopts pneumatic loading, which has functions such as partition pressure, vacuum adsorption, floating holding ring, and adaptive, making it very complex. With the continuous reduction of feature size and the continuous increase of wafer diameter, the requirements for CMP surface quality are also increasing, and traditional single zone pressure polishing heads can no longer meet the requirements. If the polishing head can divide the wafer into multiple areas for loading, the material removal rate in different areas can be controlled by changing the magnitude of the applied pressure. The polishing head of high-end 300mm wafer CMP equipment currently available internationally typically has three pressure zones. In addition, at the 45 nm technology node and below, current CMP equipment (polishing pressure>6,985 kPa) jest podatny na problemy, takie jak pękanie, zarysowania i rozwarstwianie powierzchni styku materiałów o niskiej-k. Ultraniskociśnieniowe CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Głowica polerska odgrywa głównie następujące role podczas procesu CMP: ① Wywieranie nacisku na płytkę; ② Napęd płytki tak, aby obracał się i przenosił moment obrotowy; ③ Upewnij się, że płytka i krążek polerski zawsze dobrze przylegają do siebie, bez odpadania i odłamków. Ponadto w przypadku-najwyższej klasy sprzętu CMP najlepiej jest, aby głowica polerska była w stanie utrzymać płytkę za pomocą własnej struktury, bez polegania na warunkach zewnętrznych w celu poprawy wydajności produkcji.
Głowica polerska pod ciśnieniem jest ważnym czynnikiem pomiaru poziomu technologii sprzętu CMP. Podstawowa idea wywodzi się z modelu Prestona, zgodnie z którym. Według badań CHEN i in., im więcej przegród ma głowica polerska, tym silniejsza jest jej zdolność do regulacji szybkości usuwania materiału. Ale im więcej przegród, tym bardziej złożona jest jego struktura i tym większa trudność badań i rozwoju. Nie ma konkretnego wymagania dotyczącego podziału wielkości każdego obszaru głowicy polerskiej, który można podzielić równo lub w oparciu o rzeczywistą strukturę wewnętrzną głowicy polerskiej.
Aby zapobiec wyrzucaniu płytki podczas obrotu, głowica polerska musi mieć konstrukcję pierścienia ustalającego. W rozwoju technologii CMP pojawiły się dwa typy pierścieni ustalających: stałe pierścienie ustalające i pływające pierścienie ustalające. Ze względu na to, że nieruchome pierścienie ustalające nie są w stanie uniknąć efektów krawędziowych, w obecnym głównym sprzęcie CMP stosuje się pływające pierścienie ustalające. Stosując różne naciski na pływające pierścienie ustalające, można regulować stan styku pomiędzy płytką a talerzem polerskim, skutecznie poprawiając efekty krawędziowe.
Ze względu na ścisłe dopasowanie pomiędzy pierścieniem ustalającym a płytką polerską, w dolnej części pierścienia ustalającego należy wykonać szereg rowków, aby płynnie wprowadzić roztwór polerski do styku płytka/podkładka polerska. Ponadto, aby wydłużyć żywotność, pierścień ustalający powinien być wykonany z materiałów o wysokiej-wytrzymałości, odporności-na korozję i zużycie-takich jak siarczek polifenylenu (PPS) lub polieteroeteroketon (PEEK).
Jak wspomniano wcześniej, ważną funkcją głowicy polerskiej jest zaciskanie płytki i uzyskanie szybkiego i niezawodnego przenoszenia pomiędzy stacją załadunku i rozładunku a stacją polerską. W trakcie rozwoju technologii CMP istniały różne metody mocowania, takie jak mocowanie mechaniczne, klejenie parafinowe i przyssawki próżniowe, ale metody te nie spełniają już wymagań-wysokiej klasy sprzętu CMP pod względem wydajności, niezawodności i czystości. Wielostrefowa głowica polerska wykorzystuje metodę adsorpcji próżniowej do mocowania płytki, a podstawową zasadę pokazano na rysunku 2. Najpierw należy zastosować dodatnie ciśnienie do wielostrefowej poduszki powietrznej, aby wycisnąć powietrze pomiędzy poduszką powietrzną a płytką. Następnie użyj kombinacji nadciśnienia i podciśnienia w różnych strefach poduszki powietrznej, aby utworzyć strefę podciśnienia pomiędzy poduszką powietrzną a płytką, mocno mocując płytkę do głowicy polerskiej. Metoda ta w pełni wykorzystuje strukturę wielostrefowej poduszki powietrznej samej głowicy polerskiej i ma tę zaletę, że jest szybka, niezawodna i wolna od-zanieczyszczeń.
System kontroli ciśnienia kontroluje ciśnienie głowicy polerskiej za pomocą ciśnienia powietrza, a jego główne funkcje obejmują: ① obciążenie ciśnieniem płytki i pierścienia mocującego; ② Zastosuj podciśnienie do głowicy polerskiej, aby zacisnąć płytkę; ③ Sprawdź, czy w każdej komorze nie ma wycieków powietrza. Zasadę kontroli ciśnienia wielostrefowej głowicy polerskiej pokazano na rysunku 3. Główne elementy obwodu powietrza głowicy polerskiej obejmują źródło powietrza, zawór redukcyjny ciśnienia, elektryczny zawór proporcjonalny, generator podciśnienia, zawór regulujący ciśnienie podciśnienia, dwupozycyjny zawór trój-drogowy, dwupozycyjny zawór-drogowy i czujnik ciśnienia. Głowica polerska posiada pięć komór ciśnieniowych (Z1-Z5), z których każda pełni funkcje takie jak wytwarzanie nadciśnienia, odprowadzanie podciśnienia, odpowietrzanie i wykrywanie nieszczelności. Nadciśnienie jest kontrolowane przez całkowicie zamknięty układ.
