Kiillotusprosessi
Integroitujen piirien (IC) valmistustekniikan jatkuvan kehityksen myötä sirujen ominaisuuksien koot pienenevät, yhteenliitoskerrokset kasvavat ja myös kiekkojen halkaisijat kasvavat jatkuvasti. Monikerroksisen-johdotuksen saavuttamiseksi kiekon pinnan on oltava erittäin tasainen, sileä ja puhdas. Kemiallinen mekaaninen kiillotus (CMP) on tällä hetkellä tehokkain kiekkojen tasoitustekniikka, joka yhdessä fotolitografian, etsauksen, ioni-istutuksen ja PVD/CVD:n kanssa tunnetaan IC-tuotannon viitenä avainteknologiana.
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) on alttiina ongelmille, kuten murtumille, naarmuuntumiselle ja matalan -k materiaalien rajapinnan delaminaatiolle. Erittäin matalapaineinen CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Kiillotuspäällä on pääasiassa seuraavat tehtävät CMP-prosessin aikana: ① Paineen kohdistaminen kiekkoon; ② Aja kiekkoa pyörimään ja siirtämään vääntömomenttia; ③ Varmista, että kiekko ja kiillotustyyny ovat aina hyvässä kosketuksessa putoamatta tai rikkoutumatta. Lisäksi huippuluokan CMP-laitteissa on parasta, että kiillotuspää pystyy pitämään kiekon omasta rakenteestaan turvautumatta ulkoisiin olosuhteisiin tuotannon tehokkuuden parantamiseksi.
Jakopainekiillotuspää on tärkeä tekijä CMP-laitteiden tekniikan tason mittaamisessa. Ydinidea tulee Preston-mallista, jonka mukaan. CHEN et al.:n tutkimuksen mukaan mitä enemmän väliseiniä kiillotuspäässä on, sitä vahvempi on sen kyky säätää materiaalin poistonopeutta. Mutta mitä enemmän osioita on, sitä monimutkaisempi sen rakenne ja sitä vaikeampi tutkimus- ja kehitystyö on. Ei ole erityistä vaatimusta kiillotuspään kunkin alueen kokojaosta, joka voidaan jakaa tasaisesti tai kiillotuspään todellisen sisäisen rakenteen perusteella.
Jotta kiekko ei sinkoutuisi ulos pyörimisen aikana, kiillotuspäässä on oltava kiinnitysrengasrakenne. CMP-teknologian kehittämisessä on ollut kahdenlaisia kiinnitysrenkaita: kiinteät kiinnitysrenkaat ja kelluvat kiinnitysrenkaat. Koska kiinteät kiinnitysrenkaat eivät pysty välttämään reunavaikutuksia, nykyiset valtavirran CMP-laitteet käyttävät kelluvia kiinnitysrenkaita. Kohdistamalla erilaisia paineita kelluviin kiinnitysrenkaisiin, kiekon ja kiillotustyynyn välistä kosketustilaa voidaan säätää, mikä parantaa tehokkaasti reunavaikutuksia.
Kiinnitysrenkaan ja kiillotustyynyn välisen tiukan sovituksen vuoksi kiinnitysrenkaan alaosaan on suunniteltava sarja uria ohjaamaan kiillotusliuos tasaisesti kiekon/kiillotustyynyn liitäntään. Lisäksi käyttöiän pidentämiseksi kiinnitysrenkaan tulee olla lujia, korroosiota-kestäviä ja kulutusta-kestäviä materiaaleja, kuten polyfenyleenisulfidi (PPS) tai polyeetterieetteriketoni (PEEK).
Kuten aiemmin mainittiin, yksi kiillotuspään tärkeä tehtävä on kiinnittää kiekko ja saavuttaa nopea ja luotettava siirto lastaus- ja purkuaseman ja kiillotusaseman välillä. CMP-tekniikan kehittämisessä on käytetty erilaisia kiinnitysmenetelmiä, kuten mekaaninen kiinnitys, parafiiniliittäminen ja tyhjiöimukupit, mutta nämä menetelmät eivät enää täytä huippuluokan CMP-laitteiden vaatimuksia tehokkuuden, luotettavuuden ja puhtauden suhteen. Monivyöhykkeinen kiillotuspää käyttää tyhjiöadsorptiomenetelmää kiekon kiinnittämiseen, ja perusperiaate on esitetty kuvassa 2. Käytä ensin ylipainetta monivyöhykkeiseen turvatyynyyn puristaaksesi ilma turvatyynyn ja kiekon välistä. Käytä sitten turvatyynyn eri vyöhykkeiden positiivisen ja alipaineen yhdistelmäohjausta muodostaaksesi alipainevyöhykkeen turvatyynyn ja kiekon väliin ja kiinnitä kiekko tiukasti kiillotuspäähän. Tämä menetelmä hyödyntää täysin itse kiillotuspään monivyöhykkeistä turvatyynyrakennetta, ja sen etuna on nopea, luotettava ja -saasteeton.
Paineensäätöjärjestelmä ohjaa kiillotuspään painetta ilmanpaineella, ja sen päätoimintoihin kuuluvat: ① kiekon ja pitorenkaan painekuormitus; ② Käytä alipainetta kiillotuspäähän kiinnittääksesi kiekon; ③ Tarkista, ettei jokaisessa kammiossa ole ilmavuotoja. Monivyöhykkeen kiillotuspään paineensäätöperiaate on esitetty kuvassa 3. Kiillotuspään ilmapiirin pääkomponentteja ovat ilmalähde, paineenalennusventtiili, sähköinen suhteellinen venttiili, alipainegeneraattori, alipaineen säätöventtiili, kaksiasentoinen kolmi-tieventtiili, kaksiasentoinen kaksi-tieventtiili ja paineanturi. Kiillotuspäässä on viisi painekammiota (Z1-Z5), joista jokaisessa on toimintoja, kuten ylipaineen kohdistaminen, alipaineen poistaminen, ilmaus ilmaan ja vuotojen havaitseminen. Ylipainetta ohjaa täysin suljetun piirin järjestelmä.
