Poleringsprosess
Med den kontinuerlige utviklingen av produksjonsteknologi for integrerte kretser (IC) blir størrelsene på brikkefunksjonene mindre, sammenkoblingslagene øker, og waferdiametrene øker også stadig. For å oppnå ledninger i flere-lag må waferoverflaten ha ekstremt høy flathet, glatthet og renhet. Kjemisk mekanisk polering (CMP) er for tiden den mest effektive waferplanariseringsteknologien, som sammen med fotolitografi, etsing, ioneimplantasjon og PVD/CVD er kjent som de fem kjernenøkkelteknologiene i IC-produksjon.
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 utsatt for problemer som brudd, riper og grensesnittdelaminering av lav-k materialer. Ultra lavtrykk CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Poleringshodet spiller hovedsakelig følgende roller under CMP-prosessen: ① Legge på trykk på waferen; ② Kjør waferen til å rotere og overføre dreiemoment; ③ Sørg for at skiven og poleringsputen alltid er i god kontakt uten å falle av eller fragmenter. I tillegg, i high-CMP-utstyr, er det best for poleringshodet å kunne holde waferen ved sin egen struktur uten å stole på ytre forhold for å forbedre produksjonseffektiviteten.
Partisjonstrykkpoleringshode er en viktig faktor for å måle nivået på CMP-utstyrsteknologi. Kjerneideen kommer fra Preston-modellen, ifølge hvilken. I følge forskningen til CHEN et al., jo flere skillevegger poleringshodet har, desto sterkere er dets evne til å justere materialfjerningshastigheten. Men jo flere skillevegger det er, jo mer kompleks er strukturen og jo større er vanskeligheten med forskning og utvikling. Det er ingen spesifikt krav til størrelsesinndeling av hvert område av poleringshodet, som kan deles likt eller basert på den faktiske indre strukturen til poleringshodet.
For å hindre at waferen kastes ut under rotasjon, må poleringshodet ha en låseringstruktur. Det har vært to typer festeringer i utviklingen av CMP-teknologi: faste festeringer og flytende festeringer. På grunn av manglende evne til faste festeringer for å unngå kanteffekter, bruker dagens mainstream CMP-utstyr flytende festeringer. Ved å påføre forskjellige trykk på de flytende festeringene, kan kontakttilstanden mellom skiven og poleringsputen justeres, noe som effektivt forbedrer kanteffektene.
På grunn av den tette passformen mellom festeringen og poleringsputen, må en rekke spor utformes i bunnen av festeringen for å lede poleringsløsningen jevnt inn i grensesnittet mellom wafer/poleringspute. I tillegg, for å forbedre levetiden, bør holderingen være laget av høy-styrke, korrosjons-bestandig og slitasjebestandig-materialer som polyfenylensulfid (PPS) eller polyetereterketon (PEEK).
Som nevnt tidligere er en viktig funksjon til poleringshodet å klemme skiven og oppnå rask og pålitelig overføring mellom laste- og lossestasjonen og poleringsstasjonen. I utviklingen av CMP-teknologi har det vært forskjellige klemmemetoder som mekanisk fastspenning, parafinbinding og vakuumsugekopper, men disse metodene kan ikke lenger oppfylle kravene til høy-CMP-utstyr når det gjelder effektivitet, pålitelighet og renslighet. Flersonepoleringshodet bruker vakuumadsorpsjonsmetoden for å klemme waferen, og det grunnleggende prinsippet er vist i figur 2. Påfør først positivt trykk på multisonekollisjonsputen for å presse ut luften mellom kollisjonsputen og waferen. Bruk deretter kombinasjonskontrollen for positivt og negativt trykk for forskjellige soner i kollisjonsputen for å danne en sone med negativt trykk mellom kollisjonsputen og waferen, og fest waferen godt til poleringshodet. Denne metoden utnytter multisone-kollisjonsputestrukturen til selve poleringshodet, og har fordelene ved å være rask, pålitelig og-fri for forurensning.
Trykkkontrollsystemet kontrollerer trykket på poleringshodet gjennom lufttrykk, og dets hovedfunksjoner inkluderer: ① trykkbelastning på waferen og holderingen; ② Påfør undertrykk på poleringshodet for å klemme waferen; ③ Sjekk om det er luftlekkasje i hvert kammer. Trykkkontrollprinsippet til poleringshodet med flere soner er vist i figur 3. Hovedkomponentene i poleringshodets luftkrets inkluderer luftkilde, trykkreduksjonsventil, elektrisk proporsjonalventil, vakuumgenerator, vakuumtrykkreguleringsventil, toposisjons tre-veisventil, toposisjons to-veisventil og trykksensor. Poleringshodet har fem trykkkammere (Z1-Z5), som hver har funksjoner som å påføre positivt trykk, trekke ut undertrykk, lufte ut i atmosfæren og lekkasjedeteksjon. Det positive trykket styres av et fullstendig lukket sløyfesystem.
