Διαδικασία γυαλίσματος
Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC), τα μεγέθη των χαρακτηριστικών του τσιπ γίνονται μικρότερα, τα στρώματα διασύνδεσης αυξάνονται και οι διάμετροι πλακιδίων αυξάνονται επίσης συνεχώς. Για να επιτευχθεί καλωδίωση πολλαπλών-στρώσεων, η επιφάνεια του πλακιδίου πρέπει να έχει εξαιρετικά υψηλή επιπεδότητα, ομαλότητα και καθαριότητα. Η χημική μηχανική στίλβωση (CMP) είναι αυτή τη στιγμή η πιο αποτελεσματική τεχνολογία επιπεδοποίησης πλακιδίων, η οποία, μαζί με τη φωτολιθογραφία, τη χάραξη, την εμφύτευση ιόντων και το PVD/CVD, είναι γνωστή ως οι πέντε βασικές τεχνολογίες στην κατασκευή IC.
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) είναι επιρρεπής σε προβλήματα όπως θραύση, γρατσουνιές και αποκόλληση διεπαφής υλικών Low-k. CMP εξαιρετικά χαμηλής πίεσης (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Η κεφαλή στίλβωσης παίζει κυρίως τους ακόλουθους ρόλους κατά τη διαδικασία CMP: ① Εφαρμογή πίεσης στη γκοφρέτα. ② Οδηγήστε τη γκοφρέτα για να περιστραφεί και να μεταδώσει τη ροπή. ③ Βεβαιωθείτε ότι η γκοφρέτα και το γυαλιστικό μαξιλάρι είναι πάντα σε καλή επαφή χωρίς να πέφτουν ή να θραύσματα. Επιπλέον, σε εξοπλισμό υψηλής ποιότητας CMP{1}, είναι καλύτερο η κεφαλή στίλβωσης να μπορεί να συγκρατεί τη γκοφρέτα από τη δική της δομή χωρίς να βασίζεται σε εξωτερικές συνθήκες για τη βελτίωση της απόδοσης παραγωγής.
Η κεφαλή στίλβωσης με πίεση διαχωρισμού είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τη μέτρηση του επιπέδου της τεχνολογίας εξοπλισμού CMP. Η βασική ιδέα προέρχεται από το μοντέλο Preston, σύμφωνα με το οποίο. Σύμφωνα με την έρευνα των CHEN et al., όσο περισσότερα χωρίσματα έχει η κεφαλή στίλβωσης, τόσο ισχυρότερη είναι η ικανότητά της να ρυθμίζει τον ρυθμό αφαίρεσης υλικού. Όμως, όσο περισσότερα χωρίσματα υπάρχουν, τόσο πιο περίπλοκη είναι η δομή του και τόσο μεγαλύτερη είναι η δυσκολία έρευνας και ανάπτυξης. Δεν υπάρχει ειδική απαίτηση για τη διαίρεση μεγέθους κάθε περιοχής της κεφαλής στίλβωσης, η οποία μπορεί να διαιρεθεί εξίσου ή με βάση την πραγματική εσωτερική δομή της κεφαλής στίλβωσης.
Για να αποφευχθεί η εκτόξευση της γκοφρέτας κατά την περιστροφή, η κεφαλή γυαλίσματος πρέπει να έχει δομή δακτυλίου συγκράτησης. Υπήρξαν δύο τύποι δακτυλίων συγκράτησης στην ανάπτυξη της τεχνολογίας CMP: σταθεροί δακτύλιοι συγκράτησης και πλωτοί δακτύλιοι συγκράτησης. Λόγω της αδυναμίας των σταθερών δακτυλίων συγκράτησης να αποφύγουν τα φαινόμενα των άκρων, ο τρέχων βασικός εξοπλισμός CMP υιοθετεί πλωτούς δακτυλίους συγκράτησης. Εφαρμόζοντας διαφορετικές πιέσεις στους πλωτούς δακτυλίους συγκράτησης, μπορεί να ρυθμιστεί η κατάσταση επαφής μεταξύ της γκοφρέτας και του γυαλιστικού μαξιλαριού, βελτιώνοντας αποτελεσματικά τα εφέ των άκρων.
Λόγω της στενής προσαρμογής μεταξύ του δακτυλίου συγκράτησης και του γυαλιστικού μαξιλαριού, πρέπει να σχεδιαστεί μια σειρά αυλακώσεων στο κάτω μέρος του δακτυλίου συγκράτησης για να οδηγούν το γυαλιστικό διάλυμα ομαλά στη διεπαφή γκοφρέτας/γυαλίσματος. Επιπλέον, για να βελτιωθεί η διάρκεια ζωής, ο δακτύλιος συγκράτησης θα πρέπει να είναι κατασκευασμένος από υλικά υψηλής-αντοχής, αντοχής στη διάβρωση-και στη φθορά-όπως πολυφαινυλενο σουλφίδιο (PPS) ή πολυαιθεροκετόνη (PEEK).
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μια σημαντική λειτουργία της κεφαλής στίλβωσης είναι να σφίγγει τη γκοφρέτα και να επιτυγχάνει γρήγορη και αξιόπιστη μεταφορά μεταξύ του σταθμού φόρτωσης και εκφόρτωσης και του σταθμού στίλβωσης. Κατά την ανάπτυξη της τεχνολογίας CMP, υπήρξαν διάφορες μέθοδοι σύσφιξης, όπως μηχανική σύσφιξη, συγκόλληση παραφίνης και βεντούζες κενού, αλλά αυτές οι μέθοδοι δεν μπορούν πλέον να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του εξοπλισμού CMP υψηλής ποιότητας όσον αφορά την απόδοση, την αξιοπιστία και την καθαριότητα. Η κεφαλή γυαλίσματος πολλαπλών ζωνών χρησιμοποιεί μέθοδο προσρόφησης κενού για να σφίξει τη γκοφρέτα και η βασική αρχή φαίνεται στο σχήμα 2. Αρχικά, εφαρμόστε θετική πίεση στον αερόσακο πολλαπλών ζωνών για να πιέσετε τον αέρα μεταξύ του αερόσακου και της γκοφρέτας. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε τον έλεγχο συνδυασμού θετικής και αρνητικής πίεσης διαφορετικών ζωνών του αερόσακου για να σχηματίσετε μια ζώνη αρνητικής πίεσης μεταξύ του αερόσακου και της γκοφρέτας, στερεώνοντας σταθερά τη γκοφρέτα στην κεφαλή γυαλίσματος. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί πλήρως τη δομή του αερόσακου πολλαπλών ζωνών της ίδιας της κεφαλής στίλβωσης και έχει τα πλεονεκτήματα ότι είναι γρήγορη, αξιόπιστη και χωρίς ρύπανση-.
Το σύστημα ελέγχου πίεσης ελέγχει την πίεση της κεφαλής στίλβωσης μέσω της πίεσης του αέρα και οι κύριες λειτουργίες του περιλαμβάνουν: ① φόρτιση πίεσης στη γκοφρέτα και στο δακτύλιο συγκράτησης. ② Εφαρμόστε αρνητική πίεση στην κεφαλή γυαλίσματος για να σφίξετε τη γκοφρέτα. ③ Ελέγξτε εάν υπάρχει διαρροή αέρα σε κάθε θάλαμο. Η αρχή ελέγχου πίεσης της κεφαλής στίλβωσης πολλαπλών ζωνών φαίνεται στο Σχήμα 3. Τα κύρια εξαρτήματα του κυκλώματος αέρα της κεφαλής στίλβωσης περιλαμβάνουν πηγή αέρα, βαλβίδα μείωσης πίεσης, ηλεκτρική αναλογική βαλβίδα, γεννήτρια κενού, βαλβίδα ρύθμισης πίεσης κενού, βαλβίδα τριών θέσεων-, βαλβίδα δύο θέσεων, αισθητήρα πίεσης δύο θέσεων, βαλβίδα πίεσης. Η κεφαλή στίλβωσης έχει πέντε θαλάμους πίεσης (Z1-Z5), καθένας από τους οποίους έχει λειτουργίες όπως η εφαρμογή θετικής πίεσης, η εξαγωγή αρνητικής πίεσης, ο εξαερισμός στην ατμόσφαιρα και η ανίχνευση διαρροών. Η θετική πίεση ελέγχεται από ένα σύστημα πλήρως κλειστού βρόχου.
