Wafer Key Fremstillingsproces

Poleringsproces
Med den kontinuerlige udvikling af integreret kredsløb (IC) fremstillingsteknologi bliver chipfunktionsstørrelsen mindre og mindre, antallet af sammenkoblingslag stiger, og waferdiameteren er også stigende. For at opnå flerlags ledninger skal waferoverfladen have ekstrem høj fladhed, glathed og renhed, og kemisk mekanisk polering (CMP) er i øjeblikket den mest effektive waferaffladningsteknologi. Det kaldes de fem mest centrale nøgleteknologier inden for IC-fremstilling sammen med litografi, ætsning, ionimplantation og 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) vil med stor sandsynlighed forårsage problemer såsom brud og ridser af lav-k-materialer og afskalning af lav-k medium/kobber-grænseflade. Ultra-lavtryk CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
I CMP-processen spiller polerhovedet hovedsageligt følgende roller: ① Påfør tryk på waferen; ② Drev waferen til at rotere og overføre drejningsmoment; ③ Sørg for, at waferen og polerpuden altid sidder godt fast uden at falde af eller fragmenter. Derudover er polerhovedet i high-end CMP-udstyr fortrinsvis i stand til at fastspænde waferen ved sin egen struktur uden hjælp af eksterne forhold for at forbedre produktionseffektiviteten.
Det zoneinddelte trykpoleringshoved er en vigtig faktor ved måling af det tekniske niveau af CMP-udstyr. Dens kerneidé kommer fra Preston-modellen. Ifølge denne model. Ifølge forskning fra CHEN et al., jo flere skillevægge et polerhoved har, jo stærkere er dets evne til at justere materialefjernelseshastigheden. Men jo flere skillevægge der er, jo mere kompleks er dens struktur og jo sværere er den at udvikle. Der er ingen specifikke krav til størrelsesopdelingen af ​​hver zone af polerhovedet. Det kan deles ligeligt eller opdeles i henhold til den faktiske indre struktur af polerhovedet.
For at forhindre, at waferen bliver slynget ud under rotation, skal polerhovedet have en holderingsstruktur. I udviklingshistorien for CMP-teknologien er der opstået to typer holderinge: faste holderinge og flydende holderinge. Da den faste holdering ikke kan undgå kanteffekten, bruger det nuværende mainstream CMP-udstyr en flydende holdering. Ved at påføre forskellige tryk på den flydende holdering kan kontakttilstanden mellem waferen og polerpuden justeres, hvorved kanteffekten effektivt forbedres.
Da holderingen passer tæt til polerpuden, skal der udformes en række riller i bunden af ​​holderingen for at lede polervæsken til jævnt at komme ind i wafer/polerpuden grænsefladen. For at forbedre levetiden skal holderingen desuden vælges fra højstyrke, korrosionsbestandige og slidbestandige materialer såsom polyphenylensulfid (PPS) eller polyetheretherketon (PEEK).
Som tidligere nævnt er en vigtig funktion af polerhovedet at fastspænde waferen og realisere den hurtige og pålidelige overførsel af waferen mellem påfyldnings- og aflæsningsstationen og polerstationen. I udviklingshistorien for CMP-teknologi har der været mange fastspændingsmetoder såsom mekanisk fastspænding, paraffinbinding og vakuumsugekopper, men ovenstående metoder kan ikke længere opfylde kravene til high-end CMP-udstyr med hensyn til effektivitet, pålidelighed, og renlighed. Multi-zone polerhovedet bruger en vakuumadsorptionsmetode til at klemme waferen. Grundprincippet er vist i figur 2. Først påføres et positivt tryk på multi-zone-airbaggen for at presse luften ud mellem airbaggen og waferen, og derefter bruges den positive og negative trykkombinationsstyring af forskellige airbag-skillevægge til at danne en undertrykszone mellem airbaggen og waferen, og waferen er fast adsorberet på polerhovedet. Denne metode gør fuld brug af multi-zone airbag-strukturen af ​​selve polerhovedet og har fordelene ved hurtig, pålidelig og forureningsfri.