Hva er metodene for waferpolering?

Av alle prosessene som er involvert i å lage en brikke, er den endelige skjebnen tiloblatskal kuttes i individuelle dyser og pakkes i små, lukkede esker med bare noen få stifter synlige. Brikken vil bli evaluert basert på terskel-, motstands-, strøm- og spenningsverdier, men ingen vil vurdere utseendet. Under produksjonsprosessen polerer vi gjentatte ganger waferen for å oppnå nødvendig planarisering, spesielt for hvert fotolitografitrinn. Deoblatoverflaten må være ekstremt flat fordi, ettersom brikkefremstillingsprosessen krymper, må linsen til fotolitografimaskinen oppnå nanometerskalaoppløsning ved å øke den numeriske blenderåpningen (NA) til linsen. Dette reduserer imidlertid dybden av fokus (DoF) samtidig. Fokusdybden refererer til dybden der det optiske systemet kan opprettholde fokus. For å sikre at fotolitografibildet forblir klart og i fokus, vil overflatevariasjonene tiloblatmå falle innenfor dybden av fokus.

Enkelt sagt ofrer fotolitografimaskinen fokuseringsevnen for å forbedre bildepresisjonen. For eksempel har den nye generasjonen EUV fotolitografimaskiner en numerisk blenderåpning på 0,55, men den vertikale fokusdybden er bare 45 nanometer, med et enda mindre optimalt bildeområde under fotolitografi. Hvisoblater ikke flat, har ujevn tykkelse eller overflatebølger, vil det forårsake problemer under fotolitografi på de høye og lave punktene.

Fotolitografi er ikke den eneste prosessen som krever en jevnoblatflate. Mange andre chip produksjonsprosesser krever også wafer polering. For eksempel, etter våtetsing, er polering nødvendig for å jevne ut den ru overflaten for påfølgende belegg og avsetning. Etter grunt grøftisolasjon (STI), er polering nødvendig for å jevne ut overflødig silisiumdioksid og fullføre grøftfyllingen. Etter metallavsetning er polering nødvendig for å fjerne overflødige metalllag og forhindre kortslutning av enheten.

Derfor innebærer fødselen av en brikke en rekke poleringstrinn for å redusere skivens ruhet og overflatevariasjoner og for å fjerne overflødig materiale fra overflaten. I tillegg blir overflatedefekter forårsaket av ulike prosessproblemer på waferen ofte først synlige etter hvert poleringstrinn. Derfor har ingeniørene som er ansvarlige for polering et betydelig ansvar. De er de sentrale personene i chipproduksjonsprosessen og bærer ofte skylden i produksjonsmøter. De må være dyktige i både våtetsing og fysisk produksjon, som de viktigste poleringsteknikkene i sponproduksjon.

Hva er metodene for polering av wafer?

Poleringsprosesser kan klassifiseres i tre hovedkategorier basert på interaksjonsprinsippene mellom poleringsvæsken og silisiumwaferoverflaten:

1. Mekanisk poleringsmetode:
Mekanisk polering fjerner den polerte overflatens fremspring gjennom skjæring og plastisk deformasjon for å oppnå en jevn overflate. Vanlige verktøy inkluderer oljesteiner, ullhjul og sandpapir, hovedsakelig håndbetjent. Spesielle deler, som overflatene til roterende kropper, kan bruke dreieskiver og andre hjelpeverktøy. For overflater med høye kvalitetskrav kan superfine poleringsmetoder benyttes. Superfin polering bruker spesiallagde slipeverktøy, som i en slipemiddelholdig poleringsvæske presses tett mot overflaten av arbeidsstykket og roteres med høy hastighet. Denne teknikken kan oppnå en overflateruhet på Ra0,008μm, den høyeste av alle poleringsmetoder. Denne metoden brukes ofte for optiske linseformer.

2. Kjemisk poleringsmetode:
Kjemisk polering innebærer fortrinnsvis oppløsning av mikrofremspringene på materialoverflaten i et kjemisk medium, noe som resulterer i en jevn overflate. Hovedfordelene med denne metoden er mangelen på behov for komplekst utstyr, evnen til å polere kompleksformede arbeidsstykker og muligheten til å polere mange arbeidsstykker samtidig med høy effektivitet. Kjernespørsmålet ved kjemisk polering er formuleringen av poleringsvæsken. Overflateruheten oppnådd ved kjemisk polering er typisk flere titalls mikrometer.

3. Metode for kjemisk mekanisk polering (CMP):
Hver av de to første poleringsmetodene har sine unike fordeler. Ved å kombinere disse to metodene kan man oppnå komplementære effekter i prosessen. Kjemisk mekanisk polering kombinerer mekanisk friksjon og kjemiske korrosjonsprosesser. Under CMP oksiderer de kjemiske reagensene i poleringsvæsken det polerte substratmaterialet, og danner et mykt oksidlag. Dette oksidlaget fjernes deretter gjennom mekanisk friksjon. Ved å gjenta denne oksidasjons- og mekaniske fjerningsprosessen oppnås effektiv polering.

Aktuelle utfordringer og problemer innen kjemisk mekanisk polering (CMP):

CMP står overfor flere utfordringer og problemstillinger innen områdene teknologi, økonomi og miljømessig bærekraft:

1) Prosesskonsistens: Å oppnå høy konsistens i CMP-prosessen er fortsatt utfordrende. Selv innenfor samme produksjonslinje kan mindre variasjoner i prosessparametere mellom ulike batcher eller utstyr påvirke sluttproduktets konsistens.

2) Tilpasningsevne til nye materialer: Ettersom nye materialer fortsetter å dukke opp, må CMP-teknologi tilpasse seg deres egenskaper. Noen avanserte materialer er kanskje ikke kompatible med tradisjonelle CMP-prosesser, og krever utvikling av mer tilpasningsdyktige poleringsvæsker og slipemidler.

3) Størrelseseffekter: Ettersom dimensjonene på halvlederenhetene fortsetter å krympe, blir problemer forårsaket av størrelseseffekter mer betydelige. Mindre dimensjoner krever høyere overflateplanhet, noe som krever mer presise CMP-prosesser.

4) Materialfjerningshastighetskontroll: I noen applikasjoner er nøyaktig kontroll av materialfjerningshastigheten for forskjellige materialer avgjørende. Å sikre konsistente fjerningshastigheter på tvers av ulike lag under CMP er avgjørende for å produsere enheter med høy ytelse.

5) Miljøvennlighet: Poleringsvæskene og slipemidlene som brukes i CMP kan inneholde miljøskadelige komponenter. Forskning og utvikling av mer miljøvennlige og bærekraftige CMP-prosesser og materialer er viktige utfordringer.

6) Intelligens og automatisering: Mens intelligens- og automatiseringsnivået til CMP-systemer gradvis forbedres, må de fortsatt takle komplekse og variable produksjonsmiljøer. Å oppnå høyere nivåer av automatisering og intelligent overvåking for å forbedre produksjonseffektiviteten er en utfordring som må løses.

7) Kostnadskontroll: CMP innebærer høye utstyrs- og materialkostnader. Produsenter må forbedre prosessytelsen samtidig som de streber etter å redusere produksjonskostnadene for å opprettholde markedets konkurranseevne.