תהליך ייצור מפתח רקיק

תהליך ליטוש
עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית ייצור מעגלים משולבים (IC), גודל תכונת השבב הולך וקטן, מספר שכבות החיבור גדל, וגם קוטר הפרוסים גדל. כדי להשיג חיווט רב-שכבתי, על פני השטח להיות בעלי שטוחות, חלקות וניקיון גבוהים במיוחד, וליטוש כימי מכני (CMP) הוא כיום הטכנולוגיה היעילה ביותר להשטחת פרוסות. זה נקרא חמש טכנולוגיות המפתח העיקריות ביותר של ייצור IC יחד עם ליתוגרפיה, תחריט, השתלת יונים ו-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) סביר מאוד לגרום לבעיות כגון שבירה ושריטות של חומרים Low-k וקילוף של Low-k בינוני/נחושת ממשק. CMP בלחץ נמוך במיוחד (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
בתהליך ה-CMP, ראש הליטוש ממלא בעיקר את התפקידים הבאים: ① הפעל לחץ על הפרוסה; ② הניע את הפרוסה כדי להסתובב ולהעביר מומנט; ③ ודא שהרקיק ורפידת הליטוש מותאמים תמיד היטב מבלי ליפול או לשברים. בנוסף, בציוד CMP מתקדם, ראש הליטוש עדיף להדק את הפרוסה על ידי המבנה שלו ללא עזרה של תנאים חיצוניים לשיפור יעילות הייצור.
ראש הליטוש בלחץ אזורי הוא גורם חשוב למדידת הרמה הטכנית של ציוד CMP. הרעיון המרכזי שלו מגיע מדגם פרסטון. לפי הדגם הזה. לפי המחקר של CHEN וחב', ככל שלראש ליטוש יש יותר מחיצות, כך חזקה יותר יכולתו להתאים את קצב הסרת החומר. עם זאת, ככל שיש יותר מחיצות, כך המבנה שלו מורכב יותר וקשה יותר לפתח אותו. אין דרישה ספציפית לחלוקת הגודל של כל אזור של ראש הליטוש. ניתן לחלק אותו באופן שווה או לחלקו בהתאם למבנה הפנימי בפועל של ראש הליטוש.
כדי למנוע את השלכת הוופל החוצה במהלך הסיבוב, על ראש הליטוש להיות בעל מבנה טבעת תמיכה. בהיסטוריית הפיתוח של טכנולוגיית CMP, הופיעו שני סוגים של טבעות שמירה: טבעות שמירה קבועות וטבעות שמירה צפות. מכיוון שטבעת החזקה הקבועה אינה יכולה להימנע מאפקט הקצה, ציוד ה-CMP המיינסטרים הנוכחי משתמש בטבעת חזקה צפה. על ידי הפעלת לחצים שונים על טבעת השמירה המרחפת, ניתן להתאים את מצב המגע בין הפרוסה לרפידת הליטוש, ובכך למעשה לשפר את אפקט הקצה.
מכיוון שטבעת השמירה משתלבת בחוזקה עם כרית הליטוש, יש לעצב סדרה של חריצים בתחתית טבעת השמירה כדי להנחות את נוזל הליטוש להיכנס בצורה חלקה לממשק רקיק/רפידת ליטוש. בנוסף, על מנת לשפר את החיים, יש לבחור את טבעת השמירה מחומרים בעלי חוזק גבוה, עמיד בפני קורוזיה ועמיד בפני שחיקה כגון פוליפנילן גופרתי (PPS) או פוליאתתרקטון (PEEK).
כפי שצוין קודם לכן, תפקיד חשוב של ראש הליטוש הוא להדק את הפרוסה ולממש את ההעברה המהירה והאמינה של הפרוסה בין עמדת הטעינה והפריקה לבין עמדת הליטוש. בהיסטוריית הפיתוח של טכנולוגיית CMP, היו שיטות הידוק רבות כגון הידוק מכאני, הצמדת פרפין וכוסות יניקה ואקום, אך השיטות הנ"ל אינן יכולות עוד לעמוד בדרישות של ציוד CMP מתקדם במונחים של יעילות, אמינות, וניקיון. ראש הליטוש הרב-אזורי משתמש בשיטת ספיחה בוואקום כדי להדק את הפרוסה. העיקרון הבסיסי מוצג באיור 2. ראשית, לחץ חיובי מופעל על כרית האוויר הרב-אזורית כדי לסחוט החוצה את האוויר בין כרית האוויר לפרוסה, ולאחר מכן נעשה שימוש בקרת שילוב הלחץ החיובי והשלילי של מחיצות שונות של כריות אוויר. אזור לחץ שלילי בין כרית האוויר לפרוסה, והוופל נספג בחוזקה על ראש הליטוש. שיטה זו עושה שימוש מלא במבנה כריות האוויר הרב-אזורי של ראש הליטוש עצמו, ויש לה את היתרונות של מהיר, אמין וללא זיהום.