Quy trình sản xuất chìa khóa wafer

quá trình đánh bóng
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ sản xuất mạch tích hợp (IC), kích thước tính năng của chip ngày càng nhỏ hơn, số lượng lớp kết nối ngày càng tăng và đường kính wafer cũng ngày càng tăng. Để đạt được hệ thống dây điện nhiều lớp, bề mặt wafer phải có độ phẳng, độ mịn và độ sạch cực cao, và đánh bóng cơ học hóa học (CMP) hiện là công nghệ làm phẳng wafer hiệu quả nhất. Nó được gọi là năm công nghệ then chốt cốt lõi nhất của sản xuất vi mạch cùng với in thạch bản, khắc, cấy ion và PVD/CVD.
CMP equipment is mainly composed of polishing head, polishing disc, dresser, polishing liquid delivery system and other parts. The polishing head and its pressure control system are the most critical and complex components, and are the basis and core of CMP technology to achieve nano-level flattening. At present, the most advanced 300mm wafer polishing head abroad is loaded by air pressure, with functions such as zone pressure, vacuum adsorption, floating holding ring and self-adaptation, which is very complex. With the continuous reduction of feature size and the continuous increase of wafer diameter, the requirements for CMP surface quality are getting higher and higher, and the traditional single-zone pressure polishing head can no longer meet the requirements. If the polishing head can divide the wafer into multiple areas for loading, the material removal rate of different areas can be controlled by changing the amount of applied pressure. The polishing head of the current international high-end 300 mm wafer CMP equipment usually has three pressure zones. In addition, at the 45 nm technology node and below, the current CMP equipment (polishing pressure>6,985 kPa) rất có thể gây ra các vấn đề như gãy, trầy xước vật liệu Low-k và bong tróc bề mặt tiếp xúc môi trường/đồng Low-k. CMP áp suất cực thấp (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Trong quy trình CMP, đầu đánh bóng chủ yếu đóng các vai trò sau: ① Tạo áp lực lên tấm bán dẫn; ② Lái tấm wafer để quay và truyền mô-men xoắn; ③ Đảm bảo rằng miếng wafer và miếng đánh bóng luôn vừa khít với nhau mà không bị rơi ra hoặc mảnh vỡ. Ngoài ra, trong thiết bị CMP cao cấp, đầu đánh bóng tốt nhất nên có khả năng kẹp wafer bằng chính cấu trúc của nó mà không cần sự trợ giúp của các điều kiện bên ngoài để nâng cao hiệu quả sản xuất.
Đầu đánh bóng áp lực khoanh vùng là yếu tố quan trọng trong việc đo lường trình độ kỹ thuật của thiết bị CMP. Ý tưởng cốt lõi của nó xuất phát từ mô hình Preston. Theo mô hình này. Theo nghiên cứu của CHEN và cộng sự, đầu đánh bóng càng có nhiều phân vùng thì khả năng điều chỉnh tốc độ loại bỏ vật liệu càng mạnh. Tuy nhiên, càng có nhiều phân vùng thì cấu trúc của nó càng phức tạp và càng khó phát triển. Không có yêu cầu cụ thể về việc phân chia kích thước từng vùng của đầu đánh bóng. Nó có thể được chia đều hoặc chia theo cấu trúc bên trong thực tế của đầu đánh bóng.
Để tránh wafer bị văng ra ngoài trong quá trình quay, đầu đánh bóng phải có cấu trúc vòng giữ. Trong lịch sử phát triển của công nghệ CMP, đã xuất hiện hai loại vòng giữ cố định và vòng giữ nổi. Do vòng giữ cố định không thể tránh được hiệu ứng cạnh nên thiết bị CMP phổ thông hiện nay sử dụng vòng giữ nổi. Bằng cách tác dụng các áp lực khác nhau lên vòng giữ nổi, trạng thái tiếp xúc giữa tấm wafer và miếng đánh bóng có thể được điều chỉnh, từ đó cải thiện hiệu quả hiệu ứng cạnh.
Vì vòng giữ vừa khít với miếng đánh bóng nên một loạt rãnh phải được thiết kế ở dưới cùng của vòng giữ để dẫn chất lỏng đánh bóng đi vào giao diện tấm wafer/bàn đánh bóng một cách trơn tru. Ngoài ra, để nâng cao tuổi thọ, vòng giữ cần được lựa chọn từ các vật liệu có độ bền cao, chống ăn mòn, chịu mài mòn như polyphenylene sulfide (PPS) hoặc polyetheretherketone (PEEK).
Như đã đề cập trước đó, một chức năng quan trọng của đầu đánh bóng là kẹp tấm wafer và thực hiện việc chuyển wafer nhanh chóng và đáng tin cậy giữa trạm xếp dỡ và trạm đánh bóng. Trong lịch sử phát triển của công nghệ CMP đã có rất nhiều phương pháp kẹp như kẹp cơ học, liên kết parafin, giác hút chân không nhưng các phương pháp trên không còn đáp ứng được yêu cầu của thiết bị CMP cao cấp về hiệu quả, độ tin cậy, và sự sạch sẽ. Đầu đánh bóng đa vùng sử dụng phương pháp hấp phụ chân không để kẹp tấm wafer. Nguyên lý cơ bản được thể hiện trong Hình 2. Đầu tiên, áp suất dương được áp dụng cho túi khí đa vùng để ép không khí giữa túi khí và tấm wafer ra ngoài, sau đó sử dụng điều khiển kết hợp áp suất dương và âm của các phân vùng túi khí khác nhau để tạo thành vùng áp suất âm giữa túi khí và tấm wafer, và tấm wafer được hấp phụ chắc chắn trên đầu đánh bóng. Phương pháp này tận dụng tối đa cấu trúc túi khí đa vùng của chính đầu đánh bóng và có ưu điểm là nhanh chóng, đáng tin cậy và không gây ô nhiễm.