Parlatma işlemi
Entegre devre (IC) üretim teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte çip özellik boyutları küçülüyor, ara bağlantı katmanları artıyor ve levha çapları da sürekli artıyor. Çok-katmanlı kablolama elde etmek için levha yüzeyinin son derece yüksek düzlüğe, pürüzsüzlüğe ve temizliğe sahip olması gerekir. Kimyasal mekanik parlatma (CMP), fotolitografi, aşındırma, iyon implantasyonu ve PVD/CVD ile birlikte IC üretiminde beş temel anahtar teknoloji olarak bilinen, şu anda en etkili levha düzlemselleştirme teknolojisidir.
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), Düşük-k malzemelerin kırılması, çizilmesi ve ara yüzeyin ayrılması gibi sorunlara eğilimlidir. Ultra düşük basınçlı CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Parlatma kafası CMP işlemi sırasında esas olarak aşağıdaki rolleri oynar: ① Plakaya basınç uygulamak; ② Torku döndürmek ve iletmek için levhayı sürün; ③ Plaka ve cila pedinin düşmeden veya parçalanmadan her zaman iyi temas halinde olduğundan emin olun. Ek olarak, üst düzey CMP ekipmanlarında, üretim verimliliğini artırmak için cilalama kafasının dış koşullara bağlı kalmadan levhayı kendi yapısıyla tutabilmesi en iyisidir.
Bölme basınçlı parlatma kafası, CMP ekipman teknolojisinin seviyesinin ölçülmesinde önemli bir faktördür. Temel fikir Preston modelinden geliyor, buna göre. CHEN ve arkadaşlarının araştırmasına göre, parlatma başlığında ne kadar çok bölme varsa, talaş kaldırma oranını ayarlama yeteneği de o kadar güçlü olur. Ancak ne kadar çok bölüm olursa, yapısı o kadar karmaşık olur ve araştırma ve geliştirmenin zorluğu da o kadar artar. Parlatma kafasının her bir alanının eşit olarak veya parlatma kafasının gerçek iç yapısına göre bölünebilecek şekilde boyut bölünmesine yönelik özel bir gereklilik yoktur.
Dönme sırasında gofretin dışarı fırlamasını önlemek için parlatma kafasının bir tutucu halka yapısına sahip olması gerekir. CMP teknolojisinin geliştirilmesinde iki tip tutma halkası olmuştur: sabit tutma halkaları ve yüzer tutma halkaları. Sabit tutma halkalarının kenar etkilerini önleyememesi nedeniyle mevcut ana CMP ekipmanı, yüzer tutma halkalarını benimser. Yüzen tutma halkalarına farklı basınçlar uygulanarak, levha ile cilalama pedi arasındaki temas durumu ayarlanabilir ve kenar efektleri etkili bir şekilde iyileştirilir.
Tutma halkası ile parlatma pedi arasındaki sıkı uyumdan dolayı, parlatma solüsyonunu levha/parlatma pedi arayüzüne düzgün bir şekilde yönlendirmek için tutma halkasının alt kısmında bir dizi oluğun tasarlanması gerekir. Ayrıca, kullanım ömrünü uzatmak için tutma halkasının polifenilen sülfit (PPS) veya polietereterketon (PEEK) gibi yüksek-dayanıklı, korozyona-dirençli ve aşınmaya- dayanıklı malzemelerden yapılması gerekir.
Daha önce de belirtildiği gibi, cilalama kafasının önemli bir işlevi, levhayı sıkıştırmak ve yükleme ve boşaltma istasyonu ile cilalama istasyonu arasında hızlı ve güvenilir transfer sağlamaktır. CMP teknolojisinin geliştirilmesinde, mekanik kelepçeleme, parafin bağlama ve vakum vantuzları gibi çeşitli kelepçeleme yöntemleri olmuştur, ancak bu yöntemler artık üst düzey CMP ekipmanının verimlilik, güvenilirlik ve temizlik açısından gereksinimlerini karşılayamamaktadır. Çok bölgeli parlatma kafası, levhayı sıkıştırmak için vakum adsorpsiyon yöntemini kullanır ve temel prensip Şekil 2'de gösterilmektedir. İlk olarak, hava yastığı ile levha arasındaki havayı sıkmak için çok bölgeli hava yastığına pozitif basınç uygulayın. Ardından, hava yastığı ile levha arasında negatif bir basınç bölgesi oluşturmak için hava yastığının farklı bölgelerinin pozitif ve negatif basınç kombinasyonu kontrolünü kullanın ve levhayı parlatma kafasına sıkıca tutturun. Bu yöntem, parlatma kafasının çok bölgeli hava yastığı yapısından tam olarak yararlanır ve hızlı, güvenilir ve kirlilikten- arınmış olma avantajlarına sahiptir.
Basınç kontrol sistemi, hava basıncı yoluyla parlatma kafasının basıncını kontrol eder ve ana işlevleri şunları içerir: ① levha ve tutma halkasına basınç yükleme; ② Plakayı sıkıştırmak için parlatma kafasına negatif basınç uygulayın; ③ Her bölmede hava kaçağı olup olmadığını kontrol edin. Çok bölgeli parlatma kafasının basınç kontrol prensibi Şekil 3'te gösterilmektedir. Parlatma kafası hava devresinin ana bileşenleri arasında hava kaynağı, basınç düşürme valfi, elektrikli oransal valf, vakum jeneratörü, vakum basıncı düzenleme valfi, iki konumlu üç-yollu valf, iki konumlu iki-yollu valf ve basınç sensörü bulunur. Parlatma kafasında, her biri pozitif basınç uygulama, negatif basıncı çıkarma, atmosfere havalandırma ve sızıntı tespiti gibi işlevlere sahip beş basınç odası (Z1-Z5) bulunur. Pozitif basınç tamamen kapalı devre bir sistem tarafından kontrol edilir.
