Процес на полиране
С непрекъснатото развитие на технологията за производство на интегрални схеми (IC), размерите на характеристиките на чипа стават все по-малки, слоевете за свързване се увеличават, а диаметрите на пластините също постоянно се увеличават. За да се постигне много{1}}слойно окабеляване, повърхността на пластината трябва да има изключително висока плоскост, гладкост и чистота. Химическото механично полиране (CMP) в момента е най-ефективната технология за планаризация на пластини, която, заедно с фотолитографията, ецването, йонната имплантация и PVD/CVD, е известна като петте основни ключови технологии в производството на IC.
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) е предразположен към проблеми като счупване, надраскване и разслояване на интерфейса на материали с ниско-k. CMP с изключително ниско налягане (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Полиращата глава играе главно следните роли по време на CMP процеса: ① Прилагане на натиск върху пластината; ② Задвижване на пластината да се върти и предава въртящ момент; ③ Уверете се, че пластината и полиращата подложка винаги са в добър контакт, без да падат или да се раздробяват. В допълнение, при CMP оборудване от висок клас най-добре е полиращата глава да може да държи пластината от собствената си структура, без да разчита на външни условия за подобряване на производствената ефективност.
Главата за полиране под налягане на преградата е важен фактор при измерване на нивото на технологията на CMP оборудването. Основната идея идва от модела Престън, според който. Според изследването на CHEN et al., колкото повече прегради има полиращата глава, толкова по-силна е нейната способност да регулира скоростта на отстраняване на материала. Но колкото повече дялове има, толкова по-сложна е структурата му и толкова по-трудно е изследването и развитието. Няма специфично изискване за разделяне на размера на всяка област на полиращата глава, която може да бъде разделена по равно или въз основа на действителната вътрешна структура на полиращата глава.
За да се предотврати изхвърлянето на пластината по време на въртене, полиращата глава трябва да има конструкция със задържащ пръстен. Има два вида задържащи пръстени в развитието на CMP технологията: фиксирани задържащи пръстени и плаващи задържащи пръстени. Поради неспособността на фиксираните задържащи пръстени да избегнат ефектите на ръба, сегашното масово CMP оборудване приема плаващи задържащи пръстени. Чрез прилагане на различен натиск върху плаващите задържащи пръстени, състоянието на контакт между пластината и полиращата подложка може да се регулира, като ефективно се подобряват ефектите на ръбовете.
Поради плътното прилягане между задържащия пръстен и полиращата подложка, серия от жлебове трябва да бъдат проектирани в долната част на задържащия пръстен, за да направляват гладко полиращия разтвор в интерфейса на пластината/полиращата подложка. Освен това, за да се подобри продължителността на живота, задържащият пръстен трябва да бъде изработен от високо-здрави,-устойчиви на корозия-и износване-материали като полифенилен сулфид (PPS) или полиетеретеркетон (PEEK).
Както бе споменато по-рано, една важна функция на полиращата глава е да захване пластината и да постигне бърз и надежден трансфер между станцията за товарене и разтоварване и станцията за полиране. В развитието на CMP технологията имаше различни методи на затягане, като механично затягане, парафиново свързване и вакуумни вендузи, но тези методи вече не могат да отговорят на изискванията на CMP оборудването от висок клас по отношение на ефективност, надеждност и чистота. Многозоновата полираща глава използва метод на вакуумна адсорбция, за да захване пластината и основният принцип е показан на фигура 2. Първо, приложете положително налягане към многозоналната въздушна възглавница, за да изтръгнете въздуха между въздушната възглавница и пластината. След това използвайте контрола за комбинация от положително и отрицателно налягане на различни зони на въздушната възглавница, за да образувате зона с отрицателно налягане между въздушната възглавница и пластината, като здраво закрепите пластината към полиращата глава. Този метод използва напълно структурата на многозоновата въздушна възглавница на самата полираща глава и има предимствата да бъде бърз, надежден и без замърсяване-.
Системата за контрол на налягането контролира налягането на полиращата глава чрез въздушно налягане и нейните основни функции включват: ① натоварване на налягането върху пластината и задържащия пръстен; ② Приложете отрицателно налягане към полиращата глава, за да захванете пластината; ③ Проверете дали има изтичане на въздух във всяка камера. Принципът на контрол на налягането на многозоновата полираща глава е показан на Фигура 3. Основните компоненти на въздушната верига на полиращата глава включват източник на въздух, редуцир на налягането, електрически пропорционален вентил, вакуум генератор, клапан за регулиране на вакуумното налягане, двупозиционен три-пътен вентил, двупозиционен дву-пътен вентил и сензор за налягане. Полиращата глава има пет камери под налягане (Z1-Z5), всяка от които има функции като прилагане на положително налягане, извличане на отрицателно налягане, изпускане в атмосферата и откриване на течове. Положителното налягане се контролира от напълно затворена система.
