Jakie są metody polerowania płytek?

Ze wszystkich procesów związanych z tworzeniem chipa, ostateczny losopłatekma być pocięty na pojedyncze matryce i zapakowany w małe, zamknięte pudełka, z których tylko kilka szpilek jest odsłoniętych. Chip zostanie oceniony na podstawie wartości progowych, rezystancji, prądu i napięcia, ale nikt nie będzie brał pod uwagę jego wyglądu. Podczas procesu produkcyjnego wielokrotnie polerujemy płytkę w celu uzyskania niezbędnej planaryzacji, szczególnie na każdym etapie fotolitografii. Theopłatekpowierzchnia musi być wyjątkowo płaska, ponieważ w miarę kurczenia się procesu wytwarzania chipów soczewka maszyny fotolitograficznej musi osiągnąć rozdzielczość w skali nanometrowej poprzez zwiększenie apertury numerycznej (NA) soczewki. Jednak jednocześnie zmniejsza to głębię ostrości (DoF). Głębia ostrości odnosi się do głębokości, w której układ optyczny może utrzymać ostrość. Aby zapewnić, że obraz fotolitograficzny pozostanie wyraźny i ostry, różnice powierzchnioweopłatekmusi mieścić się w głębi ostrości.

Krótko mówiąc, maszyna do fotolitografii poświęca zdolność ogniskowania na rzecz poprawy precyzji obrazowania. Na przykład maszyny fotolitograficzne EUV nowej generacji mają aperturę numeryczną 0,55, ale pionowa głębia ostrości wynosi zaledwie 45 nanometrów, przy jeszcze mniejszym optymalnym zakresie obrazowania podczas fotolitografii. Jeśliopłateknie jest płaska, ma nierówną grubość lub pofałdowania powierzchni, będzie to powodować problemy podczas fotolitografii w wysokich i niskich punktach.

Fotolitografia nie jest jedynym procesem wymagającym wygładzeniaopłatekpowierzchnia. Wiele innych procesów produkcji chipów również wymaga polerowania płytek. Na przykład po trawieniu na mokro konieczne jest polerowanie w celu wygładzenia szorstkiej powierzchni w celu późniejszego pokrycia i osadzania. Po izolacji płytkiego rowu (STI) wymagane jest polerowanie w celu wygładzenia nadmiaru dwutlenku krzemu i zakończenia wypełniania rowu. Po osadzeniu metalu konieczne jest polerowanie, aby usunąć nadmiar warstw metalu i zapobiec zwarciom urządzenia.

Dlatego narodziny chipa obejmują liczne etapy polerowania, które mają na celu zmniejszenie chropowatości płytki i zmian powierzchniowych oraz usunięcie nadmiaru materiału z powierzchni. Ponadto wady powierzchni spowodowane różnymi problemami procesowymi na płytce często ujawniają się dopiero po każdym etapie polerowania. Dlatego inżynierowie odpowiedzialni za polerowanie ponoszą znaczną odpowiedzialność. Są to centralne postacie w procesie produkcji chipów i często ponoszą winę podczas spotkań produkcyjnych. Muszą być biegli zarówno w trawieniu na mokro, jak i w obróbce fizycznej, jako głównych technik polerowania w produkcji chipów.

Jakie są metody polerowania płytek?

Procesy polerowania można podzielić na trzy główne kategorie w oparciu o zasady interakcji pomiędzy cieczą polerską a powierzchnią płytki krzemowej:

1. Metoda polerowania mechanicznego:
Polerowanie mechaniczne usuwa występy polerowanej powierzchni poprzez cięcie i odkształcenia plastyczne, aby uzyskać gładką powierzchnię. Typowe narzędzia obejmują kamienie olejowe, koła wełniane i papier ścierny, obsługiwane głównie ręcznie. Części specjalne, takie jak powierzchnie ciał obrotowych, mogą być wykorzystywane do obrotnic i innych narzędzi pomocniczych. W przypadku powierzchni o wysokich wymaganiach jakościowych można zastosować metody polerowania bardzo dokładnego. Do polerowania superdokładnego wykorzystuje się specjalnie wykonane narzędzia ścierne, które w płynie polerskim zawierającym materiał ścierny są mocno dociskane do powierzchni przedmiotu obrabianego i obracane z dużą prędkością. Dzięki tej technice można osiągnąć chropowatość powierzchni Ra0,008 μm, najwyższą spośród wszystkich metod polerowania. Ta metoda jest powszechnie stosowana w przypadku form soczewek optycznych.

2. Metoda polerowania chemicznego:
Polerowanie chemiczne polega na preferencyjnym rozpuszczeniu mikrowystępów na powierzchni materiału w środowisku chemicznym, w wyniku czego uzyskuje się gładką powierzchnię. Głównymi zaletami tej metody jest brak konieczności stosowania skomplikowanego sprzętu, możliwość polerowania detali o skomplikowanych kształtach oraz możliwość polerowania wielu detali jednocześnie z dużą wydajnością. Podstawową kwestią polerowania chemicznego jest skład płynu polerskiego. Chropowatość powierzchni osiągnięta przez polerowanie chemiczne wynosi zazwyczaj kilkadziesiąt mikrometrów.

3. Metoda polerowania chemiczno-mechanicznego (CMP):
Każda z dwóch pierwszych metod polerowania ma swoje unikalne zalety. Połączenie tych dwóch metod pozwala uzyskać uzupełniające się efekty w procesie. Polerowanie chemiczno-mechaniczne łączy w sobie procesy tarcia mechanicznego i korozji chemicznej. Podczas CMP odczynniki chemiczne zawarte w płynie polerskim utleniają polerowany materiał podłoża, tworząc miękką warstwę tlenku. Ta warstwa tlenku jest następnie usuwana poprzez tarcie mechaniczne. Powtarzanie procesu utleniania i mechanicznego usuwania pozwala uzyskać skuteczne polerowanie.

Aktualne wyzwania i problemy związane z polerowaniem chemiczno-mechanicznym (CMP):

CMP stoi przed kilkoma wyzwaniami i problemami w obszarach technologii, ekonomii i zrównoważonego rozwoju środowiskowego:

1) Spójność procesu: Osiągnięcie wysokiej spójności procesu CMP pozostaje wyzwaniem. Nawet w obrębie tej samej linii produkcyjnej niewielkie różnice w parametrach procesu pomiędzy różnymi partiami lub urządzeniami mogą mieć wpływ na konsystencję produktu końcowego.

2) Możliwość dostosowania do nowych materiałów: W miarę pojawiania się nowych materiałów technologia CMP musi dostosowywać się do ich właściwości. Niektóre zaawansowane materiały mogą nie być kompatybilne z tradycyjnymi procesami CMP, co wymaga opracowania bardziej elastycznych płynów polerskich i materiałów ściernych.

3) Wpływ rozmiaru: W miarę zmniejszania się wymiarów urządzeń półprzewodnikowych problemy spowodowane efektami rozmiaru stają się coraz bardziej znaczące. Mniejsze wymiary wymagają większej płaskości powierzchni, co wymaga bardziej precyzyjnych procesów CMP.

4) Kontrola szybkości usuwania materiału: W niektórych zastosowaniach kluczowa jest precyzyjna kontrola szybkości usuwania materiału dla różnych materiałów. Zapewnienie stałych współczynników usuwania w różnych warstwach podczas CMP jest niezbędne do wytwarzania urządzeń o wysokiej wydajności.

5) Przyjazność dla środowiska: Płyny polerskie i materiały ścierne stosowane w CMP mogą zawierać składniki szkodliwe dla środowiska. Badania i rozwój bardziej przyjaznych dla środowiska i zrównoważonych procesów i materiałów CMP stanowią ważne wyzwania.

6) Inteligencja i automatyzacja: Chociaż poziom inteligencji i automatyzacji systemów CMP stopniowo się poprawia, muszą one nadal radzić sobie w złożonych i zmiennych środowiskach produkcyjnych. Osiągnięcie wyższego poziomu automatyzacji i inteligentnego monitorowania w celu poprawy wydajności produkcji to wyzwanie, któremu należy sprostać.

7) Kontrola kosztów: CMP wiąże się z wysokimi kosztami sprzętu i materiałów. Producenci muszą poprawić wydajność procesów, jednocześnie starając się obniżyć koszty produkcji, aby utrzymać konkurencyjność na rynku.