Wafer Key-productieproces

Polijstproces
Met de voortdurende ontwikkeling van de productietechnologie voor geïntegreerde schakelingen (IC's) wordt de grootte van de chipkenmerken steeds kleiner, neemt het aantal verbindingslagen toe en neemt ook de diameter van de wafel toe. Om meerlaagse bedrading te realiseren, moet het wafeloppervlak een extreem hoge vlakheid, gladheid en zuiverheid hebben, en chemisch mechanisch polijsten (CMP) is momenteel de meest effectieve technologie voor het afvlakken van wafels. Het wordt de vijf belangrijkste kerntechnologieën van IC-productie genoemd, samen met lithografie, etsen, ionenimplantatie en 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) zal zeer waarschijnlijk problemen veroorzaken zoals breuk en krassen op Low-k-materialen en loslaten van het Low-k-medium/koper-grensvlak. Ultra-lage druk CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
In het CMP-proces speelt de polijstkop hoofdzakelijk de volgende rollen: ① Oefen druk uit op de wafer; ② Laat de wafel draaien en koppel overbrengen; ③ Zorg ervoor dat de wafer en het polijstpad altijd goed op hun plaats zitten, zonder eraf te vallen of te fragmenteren. Bovendien is de polijstkop in hoogwaardige CMP-apparatuur bij voorkeur in staat om de wafer vast te klemmen door zijn eigen structuur zonder de hulp van externe omstandigheden om de productie-efficiëntie te verbeteren.
De gezoneerde drukpolijstkop is een belangrijke factor bij het meten van het technische niveau van CMP-apparatuur. Het kernidee komt uit het Preston-model. Volgens dit model. Volgens het onderzoek van CHEN et al. geldt dat hoe meer schotten een polijstkop heeft, hoe sterker het vermogen is om de materiaalverwijderingssnelheid aan te passen. Hoe meer partities er zijn, hoe complexer de structuur ervan is en hoe moeilijker het is om deze te ontwikkelen. Er zijn geen specifieke vereisten voor de grootteverdeling van elke zone van de polijstkop. Het kan gelijkelijk of verdeeld worden volgens de werkelijke interne structuur van de polijstkop.
Om te voorkomen dat de wafer tijdens het roteren wordt weggeslingerd, moet de polijstkop een vasthoudringstructuur hebben. In de ontwikkelingsgeschiedenis van de CMP-technologie zijn er twee soorten borgringen verschenen: vaste borgringen en zwevende borgringen. Omdat de vaste borgring het randeffect niet kan vermijden, maakt de huidige reguliere CMP-apparatuur gebruik van een zwevende borgring. Door verschillende drukken uit te oefenen op de zwevende vasthoudring kan de contacttoestand tussen de wafer en het polijstkussen worden aangepast, waardoor het randeffect effectief wordt verbeterd.
Omdat de vasthoudring nauw aansluit op het polijstkussen, moet een reeks groeven worden ontworpen aan de onderkant van de vasthoudring om de polijstvloeistof zo te geleiden dat deze soepel het grensvlak tussen wafel en polijstkussen binnendringt. Om de levensduur te verbeteren, moet de borgring bovendien worden gekozen uit zeer sterke, corrosiebestendige 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 realiseren van een snelle en betrouwbare overdracht van de wafel tussen het laad- en losstation en het polijststation. In de ontwikkelingsgeschiedenis van de CMP-technologie zijn er veel klemmethoden geweest, zoals mechanisch klemmen, paraffineverbindingen en vacuümzuignappen, maar de bovengenoemde 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 wafer vast te klemmen. Het basisprincipe wordt weergegeven in figuur 2. Eerst wordt positieve druk uitgeoefend op de meerzone-airbag om de lucht tussen de airbag en de wafel eruit te persen, en vervolgens wordt de positieve en negatieve drukcombinatiecontrole van verschillende airbagpartities gebruikt om te vormen een negatieve drukzone tussen de airbag en de wafel, en de wafel wordt stevig geadsorbeerd op de polijstkop. Deze methode maakt volledig gebruik van de meerzone-airbagstructuur van de polijstkop zelf en heeft de voordelen van snel, betrouwbaar en vrij van vervuiling.