Polijstproces
Met de voortdurende ontwikkeling van de productietechnologie voor geïntegreerde schakelingen (IC's) worden de afmetingen van chipkenmerken kleiner, nemen de verbindingslagen toe en nemen de wafeldiameters ook voortdurend toe. Om bedrading met meerdere- lagen te realiseren, moet het wafeloppervlak een extreem hoge vlakheid, gladheid en zuiverheid hebben. Chemisch-mechanisch polijsten (CMP) is momenteel de meest effectieve wafer-planarisatietechnologie, die, samen met fotolithografie, etsen, ionenimplantatie en PVD/CVD, bekend staat als de vijf belangrijkste sleuteltechnologieën in de IC-productie.
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) is gevoelig voor problemen zoals breuken, krassen en delaminatie van de interface van Low- k-materialen. Ultra-lage druk CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
De polijstkop speelt hoofdzakelijk de volgende rollen tijdens het CMP-proces: ① Druk uitoefenen op de wafer; ② Laat de wafel draaien en koppel overbrengen; ③ Zorg ervoor dat de wafer en het polijstkussen altijd goed contact maken zonder eraf te vallen of te fragmenteren. Bovendien is het bij hoogwaardige CMP-apparatuur het beste dat de polijstkop de wafel door zijn eigen structuur kan vasthouden zonder afhankelijk te zijn van externe omstandigheden om de productie-efficiëntie te verbeteren.
De partitiedrukpolijstkop is een belangrijke factor bij het meten van het niveau van CMP-apparatuurtechnologie. Het kernidee komt uit het Preston-model, volgens welke. Volgens het onderzoek van CHEN et al. geldt dat hoe meer schotten de polijstkop heeft, hoe sterker het vermogen is om de materiaalverwijderingssnelheid aan te passen. Maar hoe meer verdeeldheid er is, des te complexer de structuur ervan en des te groter de moeilijkheid van onderzoek en ontwikkeling. Er zijn geen specifieke vereisten voor de grootteverdeling van elk gebied van de polijstkop; deze kan gelijkelijk worden verdeeld of gebaseerd op de feitelijke interne structuur van de polijstkop.
Om te voorkomen dat de wafer tijdens het roteren wordt weggeslingerd, moet de polijstkop een vasthoudringstructuur hebben. Bij de ontwikkeling van de CMP-technologie zijn er twee soorten borgringen geweest: vaste borgringen en zwevende borgringen. Vanwege het onvermogen van vaste borgringen om randeffecten te voorkomen, maakt de huidige reguliere CMP-apparatuur gebruik van zwevende borgringen. Door verschillende drukken uit te oefenen op de zwevende borgringen kan de contacttoestand tussen de wafer en het polijstkussen worden aangepast, waardoor de randeffecten effectief worden verbeterd.
Vanwege de nauwe pasvorm tussen de vasthoudring en het polijstkussen, moet een reeks groeven worden ontworpen aan de onderkant van de vasthoudring om de polijstoplossing soepel in het grensvlak tussen wafel en polijstkussen te geleiden. Om de levensduur te verbeteren, moet de borgring bovendien zijn gemaakt van zeer-sterkte, corrosie-bestendige en slijtvaste- materialen zoals polyfenyleensulfide (PPS) of polyetheretherketon (PEEK).
Zoals eerder vermeld, is een belangrijke functie van de polijstkop het vastklemmen van de wafel en het bereiken van een snelle en betrouwbare overdracht tussen het laad- en losstation en het polijststation. Bij de ontwikkeling van de CMP-technologie zijn er verschillende klemmethoden geweest, zoals mechanisch klemmen, paraffineverbindingen en vacuümzuignappen, maar deze methoden kunnen niet langer voldoen aan de eisen van hoogwaardige CMP-apparatuur op het gebied van efficiëntie, betrouwbaarheid en netheid. De polijstkop met meerdere zones maakt gebruik van een vacuümadsorptiemethode om de wafel vast te klemmen, en het basisprincipe wordt weergegeven in figuur 2. Oefen eerst positieve druk uit op de airbag met meerdere zones om de lucht tussen de airbag en de wafel eruit te persen. Gebruik vervolgens de combinatiecontrole van positieve en negatieve druk van verschillende zones van de airbag om een negatieve drukzone te vormen tussen de airbag en de wafel, waardoor de wafel stevig aan de polijstkop wordt bevestigd. Deze methode maakt volledig gebruik van de meerzone-airbagstructuur van de polijstkop zelf en heeft de voordelen dat deze snel, betrouwbaar en vrij van vervuiling- is.
Het drukcontrolesysteem regelt de druk van de polijstkop door middel van luchtdruk, en de belangrijkste functies zijn onder meer: ① drukbelasting op de wafer en de vasthoudring; ② Oefen negatieve druk uit op de polijstkop om de wafer vast te klemmen; ③ Controleer of er luchtlekkage is in elke kamer. Het drukregelprincipe van de polijstkop met meerdere zones wordt weergegeven in Figuur 3. De belangrijkste componenten van het luchtcircuit van de polijstkop zijn onder meer de luchtbron, de drukreduceerklep, de elektrische proportionele klep, de vacuümgenerator, de vacuümdrukregelklep, de drie- tweewegklep, de twee- tweewegklep en de druksensor. De polijstkop heeft vijf drukkamers (Z1-Z5), die elk functies hebben zoals het uitoefenen van positieve druk, het onttrekken van negatieve druk, ontluchten naar de atmosfeer en lekdetectie. De positieve druk wordt geregeld door een volledig gesloten systeem.
