Pulēšanas process
Nepārtraukti attīstoties integrētās shēmas (IC) ražošanas tehnoloģijai, mikroshēmu elementu izmēri kļūst mazāki, palielinās starpsavienojumu slāņi, kā arī nepārtraukti palielinās vafeļu diametrs. Lai panāktu daudzslāņu elektroinstalāciju, vafeļu virsmai jābūt ļoti līdzenai, gludai un tīrai. Ķīmiskā mehāniskā pulēšana (CMP) pašlaik ir visefektīvākā vafeļu planarizācijas tehnoloģija, kas kopā ar fotolitogrāfiju, kodināšanu, jonu implantāciju un PVD/CVD ir pazīstama kā piecas IC ražošanas pamattehnoloģijas.
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) ir pakļauti problēmām, piemēram, lūzumiem, skrāpējumiem un saskarnes atslāņošanās materiāliem ar zemu -k. Īpaši zema spiediena CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Pulēšanas galviņai CMP procesā galvenokārt ir šādas lomas: ① Spiediena pielikšana vafelei; ② virziet plāksni, lai tā grieztos un pārsūtītu griezes momentu; ③ Nodrošiniet, lai vafele un pulēšanas spilventiņš vienmēr būtu labā saskarē, nenokrītot vai nesadaloties. Turklāt augstākās-CMP iekārtās vislabāk ir, ja pulēšanas galviņa spēj noturēt vafeles pēc savas struktūras, nepaļaujoties uz ārējiem apstākļiem, lai uzlabotu ražošanas efektivitāti.
Starpsienas spiediena pulēšanas galviņa ir svarīgs faktors CMP aprīkojuma tehnoloģijas līmeņa mērīšanā. Pamatideja nāk no Preston modeļa, saskaņā ar kuru. Saskaņā ar CHEN et al. pētījumu, jo vairāk starpsienu ir pulēšanas galviņai, jo spēcīgāka ir tās spēja pielāgot materiāla noņemšanas ātrumu. Bet jo vairāk starpsienu ir, jo sarežģītāka ir tā struktūra un jo lielākas ir pētniecības un izstrādes grūtības. Nav īpašu prasību attiecībā uz katras pulēšanas galviņas laukuma izmēru sadalījumu, ko var sadalīt vienādi vai pamatojoties uz pulēšanas galviņas faktisko iekšējo struktūru.
Lai novērstu vafeles izmešanu griešanās laikā, pulēšanas galviņai jābūt ar fiksējošā gredzena struktūru. CMP tehnoloģijas izstrādē ir bijuši divu veidu fiksējošie gredzeni: fiksētie fiksējošie gredzeni un peldošie fiksējošie gredzeni. Tā kā fiksētie fiksējošie gredzeni nespēj izvairīties no malu efektiem, pašreizējā CMP iekārtā tiek izmantoti peldoši fiksējošie gredzeni. Izmantojot dažādus spiedienus uz peldošajiem fiksācijas gredzeniem, var regulēt kontakta stāvokli starp vafeles un pulēšanas paliktni, tādējādi efektīvi uzlabojot malu efektus.
Tā kā starp fiksācijas gredzenu un pulēšanas paliktni ir cieši pieguļošs, fiksējošā gredzena apakšā ir jāizveido virkne rievu, lai pulēšanas šķīdums vienmērīgi nonāktu vafeļu/pulēšanas paliktņa saskarnē. Turklāt, lai palielinātu kalpošanas laiku, stiprinājuma gredzenam jābūt izgatavotam no augstas -izturības, korozijas- un nodilumizturīgiem- materiāliem, piemēram, polifenilēna sulfīda (PPS) vai poliētera ēterketona (PEEK).
Kā minēts iepriekš, viena no svarīgām pulēšanas galviņas funkcijām ir nostiprināt vafeles un nodrošināt ātru un drošu pārsūtīšanu starp iekraušanas un izkraušanas staciju un pulēšanas staciju. CMP tehnoloģijas attīstībā ir bijušas dažādas iespīlēšanas metodes, piemēram, mehāniskā iespīlēšana, parafīna savienošana un vakuuma piesūcekņi, taču šīs metodes vairs neatbilst augstas klases CMP aprīkojuma prasībām efektivitātes, uzticamības un tīrības ziņā. Vairāku zonu pulēšanas galviņa izmanto vakuuma adsorbcijas metodi, lai nostiprinātu plāksni, un pamatprincips ir parādīts 2. attēlā. Pirmkārt, pielieciet pozitīvu spiedienu uz vairāku zonu gaisa spilvenu, lai izspiestu gaisu starp gaisa spilvenu un plāksni. Pēc tam izmantojiet dažādu gaisa spilvena zonu pozitīvā un negatīvā spiediena kombinācijas vadību, lai izveidotu negatīva spiediena zonu starp gaisa spilvenu un plāksnīti, stingri piestiprinot plāksni pie pulēšanas galviņas. Šī metode pilnībā izmanto pašas pulēšanas galviņas vairāku zonu drošības spilvenu struktūru, un tās priekšrocības ir ātra, uzticama un -nepiesārņojoša.
Spiediena kontroles sistēma kontrolē pulēšanas galviņas spiedienu, izmantojot gaisa spiedienu, un tās galvenās funkcijas ietver: ① spiediena slodze uz vafeles un turēšanas gredzenu; ② Uzlieciet negatīvu spiedienu uz pulēšanas galviņu, lai nostiprinātu vafeles; ③ Pārbaudiet, vai katrā kamerā nav gaisa noplūdes. Vairāku zonu pulēšanas galviņas spiediena kontroles princips ir parādīts 3. attēlā. Galvenie pulēšanas galviņas gaisa ķēdes komponenti ir gaisa avots, spiediena samazināšanas vārsts, elektriskais proporcionālais vārsts, vakuuma ģenerators, vakuuma spiediena regulēšanas vārsts, divu pozīciju trīsceļu -virzienu vārsts, divu pozīciju divvirzienu -virzienu vārsts un spiediena sensors. Pulēšanas galviņai ir piecas spiediena kameras (Z1-Z5), no kurām katrai ir tādas funkcijas kā pozitīva spiediena radīšana, negatīvā spiediena izvadīšana, ventilācija atmosfērā un noplūdes noteikšana. Pozitīvo spiedienu kontrolē pilnībā slēgta cikla sistēma.
