Poleringsproces
Med den kontinuerlige udvikling af integreret kredsløb (IC) fremstillingsteknologi bliver chipfunktionsstørrelserne mindre, sammenkoblingslagene øges, og waferdiametrene øges også konstant. For at opnå ledninger i flere-lag skal waferoverfladen have ekstrem høj planhed, glathed og renhed. Kemisk mekanisk polering (CMP) er i øjeblikket den mest effektive waferplanariseringsteknologi, som sammen med fotolitografi, ætsning, ionimplantation og PVD/CVD er kendt som de fem centrale nøgleteknologier i IC-fremstilling.
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) er tilbøjelig til problemer såsom brud, ridser og grænsefladedelaminering af lav-k materialer. Ultra lavt tryk CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Polerhovedet spiller hovedsageligt følgende roller under CMP-processen: ① Påføring af tryk på waferen; ② Drev waferen til at rotere og overføre drejningsmoment; ③ Sørg for, at waferen og polerpuden altid er i god kontakt uden at falde af eller fragmenter. Derudover er det i high-CMP-udstyr bedst for polerhovedet at være i stand til at holde waferen ved sin egen struktur uden at være afhængig af eksterne forhold for at forbedre produktionseffektiviteten.
Skilletrykspoleringshoved er en vigtig faktor i måling af niveauet af CMP-udstyrsteknologi. Kerneideen kommer fra Preston-modellen, ifølge hvilken. Ifølge forskning fra CHEN et al., jo flere skillevægge polerhovedet har, jo stærkere er dets evne til at justere materialefjernelseshastigheden. Men jo flere skillevægge der er, desto mere kompleks er dens struktur og desto sværere er forskning og udvikling. Der er ikke noget specifikt krav til størrelsesopdelingen af hvert område af polerhovedet, som kan opdeles ligeligt eller baseret på den faktiske indre struktur af polerhovedet.
For at forhindre, at waferen bliver slynget ud under rotation, skal polerhovedet have en holderingsstruktur. Der har været to typer holderinge i udviklingen af CMP-teknologien: faste holderinge og flydende holderinge. På grund af den manglende evne af faste holderinge til at undgå kanteffekter, anvender det nuværende mainstream CMP-udstyr flydende holderinge. Ved at påføre forskellige tryk på de flydende holderinge kan kontakttilstanden mellem waferen og polerpuden justeres, hvilket effektivt forbedrer kanteffekterne.
På grund af den tætte pasform mellem holderingen og polerpuden skal der udformes en række riller i bunden af holderingen for at føre poleropløsningen jævnt ind i grænsefladen mellem wafer/polerpuden. For at forbedre levetiden bør holderingen desuden være lavet af høj-styrke, korrosions--og slidbestandige-materialer såsom polyphenylensulfid (PPS) eller polyetheretherketon (PEEK).
Som tidligere nævnt er en vigtig funktion af polerhovedet at fastspænde waferen og opnå hurtig og pålidelig overførsel mellem påfyldnings- og aflæsningsstationen og polerstationen. I udviklingen af CMP-teknologi har der været forskellige fastspændingsmetoder såsom mekanisk fastspænding, paraffinbinding og vakuumsugekopper, men disse metoder kan ikke længere opfylde kravene til high-CMP-udstyr med hensyn til effektivitet, pålidelighed og renhed. Multizone-poleringshovedet bruger vakuumadsorptionsmetoden til at klemme waferen, og det grundlæggende princip er vist i figur 2. Påfør først positivt tryk på multizoneairbaggen for at presse luften ud mellem airbaggen og waferen. Brug derefter positiv- og undertrykskombinationskontrollen af forskellige zoner af airbaggen til at danne en negativ trykzone mellem airbaggen og waferen, og fastgør waferen til polerhovedet. Denne metode udnytter selve polerhovedets multizone-airbag-struktur fuldt ud og har fordelene ved at være hurtig, pålidelig og-fri for forurening.
Trykkontrolsystemet styrer trykket på polerhovedet gennem lufttryk, og dets hovedfunktioner omfatter: ① trykbelastning på waferen og holderingen; ② Påfør undertryk på polerhovedet for at klemme waferen; ③ Kontroller, om der er luftlækage i hvert kammer. Trykreguleringsprincippet for multi-zone polerhovedet er vist i figur 3. Hovedkomponenterne i polerhovedets luftkredsløb omfatter luftkilde, trykreduktionsventil, elektrisk proportionalventil, vakuumgenerator, vakuumtrykreguleringsventil, to positions tre-vejsventil, to positions to-vejsventil og tryksensor. Polerhovedet har fem trykkamre (Z1-Z5), som hver har funktioner som påføring af positivt tryk, udsugning af undertryk, udluftning til atmosfæren og lækagedetektion. Det positive tryk styres af et fuldstændigt lukket sløjfesystem.
