กระบวนการขัดเงา
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตวงจรรวม (IC) อย่างต่อเนื่อง ขนาดคุณลักษณะของชิปมีขนาดเล็กลง ชั้นที่เชื่อมต่อถึงกันเพิ่มขึ้น และเส้นผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์ก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน เพื่อให้เกิดการเดินสายหลาย-ชั้น พื้นผิวเวเฟอร์จะต้องมีความเรียบ ความเรียบ และความสะอาดสูงมาก การขัดเงาเชิงกลด้วยเคมี (CMP) ในปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีการทำแผนที่แผ่นเวเฟอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งเมื่อรวมกับการพิมพ์หินด้วยแสง การแกะสลัก การฝังไอออน และ PVD/CVD เรียกได้ว่าเป็นเทคโนโลยีหลักห้าประการในการผลิต IC
CMP equipment mainly consists of polishing head, polishing disc, conditioner, polishing solution delivery system, etc. The polishing head and its pressure control system are the most critical and complex components, which are the foundation and core of CMP technology to achieve nanoscale planarization. At present, the most advanced 300mm wafer polishing head abroad adopts pneumatic loading, which has functions such as partition pressure, vacuum adsorption, floating holding ring, and adaptive, making it very complex. With the continuous reduction of feature size and the continuous increase of wafer diameter, the requirements for CMP surface quality are also increasing, and traditional single zone pressure polishing heads can no longer meet the requirements. If the polishing head can divide the wafer into multiple areas for loading, the material removal rate in different areas can be controlled by changing the magnitude of the applied pressure. The polishing head of high-end 300mm wafer CMP equipment currently available internationally typically has three pressure zones. In addition, at the 45 nm technology node and below, current CMP equipment (polishing pressure>6.985 kPa) มีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหา เช่น การแตกหัก รอยขีดข่วน และการแยกส่วนของส่วนต่อประสานของวัสดุต่ำ-k CMP แรงดันต่ำพิเศษ (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
หัวขัดส่วนใหญ่มีบทบาทดังต่อไปนี้ในระหว่างกระบวนการ CMP: 1 การใช้แรงกดกับแผ่นเวเฟอร์ 2 ขับเวเฟอร์เพื่อหมุนและส่งแรงบิด 3. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผ่นเวเฟอร์และแผ่นขัดเงาสัมผัสกันดีอยู่เสมอ โดยไม่หลุดร่วงหรือแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย นอกจากนี้ ในอุปกรณ์ CMP ระดับสูง- วิธีที่ดีที่สุดคือหัวขัดที่จะจับเวเฟอร์ด้วยโครงสร้างของตัวเอง โดยไม่ต้องอาศัยสภาวะภายนอกเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต
หัวขัดแรงดันพาร์ติชั่นเป็นปัจจัยสำคัญในการวัดระดับเทคโนโลยีอุปกรณ์ CMP แนวคิดหลักมาจากโมเดลเพรสตันตามนั้น จากการวิจัยของ CHEN และคณะ ยิ่งหัวขัดมีพาร์ติชั่นมากเท่าไร ความสามารถในการปรับอัตราการขจัดวัสดุก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น แต่ยิ่งมีพาร์ติชั่นมากเท่าไร โครงสร้างก็ยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น และความยากลำบากในการวิจัยและพัฒนาก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย ไม่มีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการแบ่งขนาดของแต่ละพื้นที่ของหัวขัด ซึ่งสามารถแบ่งเท่าๆ กันหรือขึ้นอยู่กับโครงสร้างภายในที่แท้จริงของหัวขัด
เพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นเวเฟอร์ถูกโยนออกไปในระหว่างการหมุน หัวขัดจะต้องมีโครงสร้างวงแหวนยึด การพัฒนาเทคโนโลยี CMP มีวงแหวนยึดอยู่สองประเภท: วงแหวนยึดแบบตายตัวและวงแหวนยึดแบบลอย เนื่องจากวงแหวนยึดแบบตายตัวไม่สามารถหลีกเลี่ยงผลกระทบจากขอบได้ อุปกรณ์ CMP หลักในปัจจุบันจึงใช้วงแหวนยึดแบบลอยตัว ด้วยการใช้แรงกดดันที่แตกต่างกันกับวงแหวนยึดแบบลอย สถานะการสัมผัสระหว่างแผ่นเวเฟอร์และแผ่นขัดเงาสามารถปรับได้ ปรับปรุงเอฟเฟกต์ขอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เนื่องจากแหวนยึดและแผ่นขัดมีความแน่นพอดี จึงต้องออกแบบชุดร่องที่ด้านล่างของแหวนยึดเพื่อนำน้ำยาขัดเงาเข้าสู่ส่วนต่อประสานของแผ่นเวเฟอร์/แผ่นขัดได้อย่างราบรื่น นอกจากนี้ เพื่อปรับปรุงอายุการใช้งาน แหวนยึดควรทำจากวัสดุที่มี-ความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อน- และการสึกหรอ-สูง เช่น โพลีฟีนิลีนซัลไฟด์ (PPS) หรือโพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตน (PEEK)
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น หน้าที่ที่สำคัญอย่างหนึ่งของหัวขัดคือการยึดแผ่นเวเฟอร์และเคลื่อนย้ายได้อย่างรวดเร็วและเชื่อถือได้ระหว่างสถานีขนถ่ายและสถานีขัด ในการพัฒนาเทคโนโลยี CMP มีวิธีการจับยึดหลายวิธี เช่น การหนีบเชิงกล การเชื่อมพาราฟิน และถ้วยดูดสุญญากาศ แต่วิธีการเหล่านี้ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของอุปกรณ์ CMP ระดับไฮเอนด์-ได้อีกต่อไป ในแง่ของประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความสะอาด หัวขัดแบบหลายโซนใช้วิธีการดูดซับสุญญากาศเพื่อยึดแผ่นเวเฟอร์ และหลักการพื้นฐานจะแสดงในรูปที่ 2 ขั้นแรก ใช้แรงกดเชิงบวกกับถุงลมนิรภัยแบบหลายโซนเพื่อบีบอากาศระหว่างถุงลมนิรภัยและแผ่นเวเฟอร์ จากนั้น ใช้การควบคุมแรงดันบวกและลบของโซนต่างๆ ของถุงลมนิรภัยเพื่อสร้างโซนแรงดันลบระหว่างถุงลมนิรภัยและแผ่นเวเฟอร์ โดยยึดแผ่นเวเฟอร์เข้ากับหัวขัดอย่างแน่นหนา วิธีนี้ใช้โครงสร้างถุงลมนิรภัยแบบหลายโซนของหัวขัดเงาได้อย่างเต็มที่ และมีข้อดีคือรวดเร็ว เชื่อถือได้ และปราศจากมลภาวะ-
ระบบควบคุมแรงดันจะควบคุมแรงดันของหัวขัดด้วยแรงดันอากาศ และหน้าที่หลักได้แก่: 1 การรับแรงดันบนแผ่นเวเฟอร์และวงแหวนยึด; 2 ใช้แรงดันลบกับหัวขัดเพื่อยึดแผ่นเวเฟอร์ 3. ตรวจสอบว่ามีอากาศรั่วในแต่ละห้องหรือไม่ หลักการควบคุมแรงดันของหัวขัดแบบหลายโซนแสดงอยู่ในรูปที่ 3 ส่วนประกอบหลักของวงจรอากาศของหัวขัดประกอบด้วยแหล่งอากาศ วาล์วลดแรงดัน วาล์วสัดส่วนไฟฟ้า เครื่องกำเนิดสุญญากาศ วาล์วควบคุมแรงดันสุญญากาศ วาล์วสามทาง-ทางสองตำแหน่ง วาล์วสองทางสองตำแหน่ง- และเซ็นเซอร์ความดัน หัวขัดมีห้องแรงดันห้าห้อง (Z1-Z5) ซึ่งแต่ละห้องมีหน้าที่ต่างๆ เช่น การจ่ายแรงดันบวก การดึงแรงดันลบ การระบายออกสู่ชั้นบรรยากาศ และการตรวจจับการรั่วไหล แรงดันบวกจะถูกควบคุมโดยระบบวงปิดทั้งหมด
