Poleringsprocess
Med den kontinuerliga utvecklingen av tillverkningsteknik för integrerade kretsar (IC) blir chipfunktionsstorlekarna mindre, sammankopplingsskikten ökar och waferdiametrarna ökar också ständigt. För att uppnå flerskiktsledningar måste skivans yta ha extremt hög planhet, jämnhet och renhet. Kemisk mekanisk polering (CMP) är för närvarande den mest effektiva waferplanariseringstekniken, som tillsammans med fotolitografi, etsning, jonimplantation och PVD/CVD är känd som de fem centrala nyckelteknologierna inom IC-tillverkning.
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) är utsatt för problem som brott, repor och gränssnittsdelaminering av material med låg-k. Ultralågt tryck CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Polerhuvudet spelar huvudsakligen följande roller under CMP-processen: ① Applicera tryck på wafern; ② Driv skivan att rotera och överför vridmoment; ③ Se till att skivan och polerplattan alltid har god kontakt utan att falla av eller fragment. Dessutom, i hög-CMP-utrustning är det bäst för polerhuvudet att kunna hålla kvar skivan i sin egen struktur utan att förlita sig på yttre förhållanden för att förbättra produktionseffektiviteten.
Partitionstryckpoleringshuvud är en viktig faktor för att mäta nivån på CMP-utrustningsteknologi. Kärnidén kommer från Preston-modellen, enligt vilken. Enligt forskning av CHEN et al., ju fler skiljeväggar polerhuvudet har, desto starkare är dess förmåga att justera materialavlägsningshastigheten. Men ju fler partitioner det finns, desto mer komplex är strukturen och desto svårare är forskning och utveckling. Det finns inga specifika krav på storleksindelningen av varje område av polerhuvudet, som kan delas lika eller baserat på den faktiska inre strukturen hos polerhuvudet.
För att förhindra att skivan kastas ut under rotation måste polerhuvudet ha en låsringstruktur. Det har funnits två typer av låsringar i utvecklingen av CMP-tekniken: fasta låsringar och flytande låsringar. På grund av oförmågan hos fasta hållarringar för att undvika kanteffekter, använder nuvarande vanliga CMP-utrustning flytande låsringar. Genom att applicera olika tryck på de flytande hållarringarna kan kontakttillståndet mellan skivan och polerplattan justeras, vilket effektivt förbättrar kanteffekterna.
På grund av den täta passningen mellan hållarringen och polerplattan måste en serie spår utformas i botten av hållarringen för att leda polerlösningen smidigt in i gränssnittet mellan skivan och polerplattan. Dessutom, för att förbättra livslängden, bör hållarringen vara gjord av hög-hållfasthet, korrosions-och slitstarkt-material som polyfenylensulfid (PPS) eller polyetereterketon (PEEK).
Som tidigare nämnts är en viktig funktion hos polerhuvudet att klämma fast skivan och uppnå snabb och tillförlitlig överföring mellan lastnings- och avlastningsstationen och polerstationen. I utvecklingen av CMP-tekniken har det funnits olika fastspänningsmetoder såsom mekanisk fastspänning, paraffinbindning och vakuumsugkoppar, men dessa metoder kan inte längre uppfylla kraven på hög-CMP-utrustning när det gäller effektivitet, tillförlitlighet och renhet. Flerzonspoleringshuvudet använder en vakuumadsorptionsmetod för att klämma fast skivan, och grundprincipen visas i figur 2. För det första, applicera positivt tryck på multizonskrockkudden för att pressa ut luften mellan krockkudden och skivan. Använd sedan kombinationskontrollen för positivt och negativt tryck för olika zoner i krockkudden för att bilda en zon med negativt tryck mellan krockkudden och skivan, och fäst skivan ordentligt på polerhuvudet. Den här metoden utnyttjar krockkuddens struktur med flera zoner i själva polerhuvudet och har fördelarna av att vara snabb, pålitlig och -fri.
Tryckkontrollsystemet styr trycket på polerhuvudet genom lufttrycket, och dess huvudfunktioner inkluderar: ① tryckbelastning på skivan och hållarringen; ② Lägg undertryck på polerhuvudet för att klämma fast skivan; ③ Kontrollera om det finns något luftläckage i varje kammare. Tryckregleringsprincipen för polerhuvudet med flera zoner visas i figur 3. Huvudkomponenterna i luftkretsen för polerhuvudet inkluderar luftkälla, tryckreduceringsventil, elektrisk proportionell ventil, vakuumgenerator, vakuumtryckregleringsventil, tvåläges trevägsventil, tvåläges tvåvägsventil och trycksensor. Polerhuvudet har fem tryckkammare (Z1-Z5), som var och en har funktioner som att applicera positivt tryck, extrahera undertryck, ventilera till atmosfären och läckagedetektering. Övertrycket styrs av ett helt slutet system.
