Van alle processen die betrokken zijn bij het maken van een chip, is het uiteindelijke lot van dewafeltjemoet in individuele matrijzen worden gesneden en verpakt in kleine, gesloten dozen met slechts een paar pinnen zichtbaar. De chip zal worden geëvalueerd op basis van zijn drempel-, weerstands-, stroom- en spanningswaarden, maar niemand zal rekening houden met het uiterlijk ervan. Tijdens het productieproces polijsten we de wafer herhaaldelijk om de noodzakelijke vlakheid te bereiken, vooral voor elke fotolithografische stap. DewafeltjeHet oppervlak moet extreem vlak zijn, omdat naarmate het productieproces van de chip kleiner wordt, de lens van de fotolithografiemachine een resolutie op nanometerschaal moet bereiken door de numerieke apertuur (NA) van de lens te vergroten. Dit vermindert echter tegelijkertijd de scherptediepte (DoF). De scherptediepte verwijst naar de diepte waarbinnen het optische systeem de focus kan behouden. Om ervoor te zorgen dat het fotolithografische beeld helder en scherp blijft, worden de oppervlaktevariaties van dewafeltjemoet binnen de scherptediepte vallen.
Simpel gezegd: de fotolithografiemachine levert focusvermogen op om de beeldprecisie te verbeteren. De nieuwe generatie EUV-fotolithografiemachines hebben bijvoorbeeld een numerieke opening van 0,55, maar de verticale focusdiepte is slechts 45 nanometer, met een nog kleiner optimaal beeldbereik tijdens fotolithografie. Als dewafeltjeniet vlak is, een ongelijkmatige dikte heeft of oneffenheden in het oppervlak heeft, zal dit problemen veroorzaken tijdens de fotolithografie op de hoge en lage punten.
Fotolithografie is niet het enige proces dat een soepele verwerking vereistwafeltjeoppervlak. Veel andere chipproductieprocessen vereisen ook wafelpolijsten. Na nat etsen is bijvoorbeeld polijsten nodig om het ruwe oppervlak glad te maken voor daaropvolgende coating en afzetting. Na ondiepe sleufisolatie (STI) is polijsten vereist om het overtollige siliciumdioxide glad te maken en het vullen van de sleuf te voltooien. Na metaalafzetting is polijsten nodig om overtollige metaallagen te verwijderen en kortsluiting in het apparaat te voorkomen.
Daarom omvat de geboorte van een chip talrijke polijststappen om de ruwheid en oppervlaktevariaties van de wafel te verminderen en overtollig materiaal van het oppervlak te verwijderen. Bovendien worden oppervlaktedefecten veroorzaakt door verschillende procesproblemen op de wafer vaak pas duidelijk na elke polijststap. De ingenieurs die verantwoordelijk zijn voor het polijsten hebben dus een aanzienlijke verantwoordelijkheid. Zij zijn de centrale figuren in het chipproductieproces en dragen vaak de schuld tijdens productievergaderingen. Ze moeten bedreven zijn in zowel nat etsen als fysieke output, de belangrijkste polijsttechnieken bij de productie van chips.
Wat zijn de wafelpolijstmethoden?
Polijstprocessen kunnen worden ingedeeld in drie hoofdcategorieën op basis van de interactieprincipes tussen de polijstvloeistof en het siliciumwafeloppervlak:
1. Mechanische polijstmethode:
Mechanisch polijsten verwijdert de uitsteeksels van het gepolijste oppervlak door middel van snijden en plastische vervorming om een glad oppervlak te verkrijgen. Veelgebruikte gereedschappen zijn onder meer oliestenen, wollen wielen en schuurpapier, die voornamelijk met de hand worden bediend. Voor speciale onderdelen, zoals de oppervlakken van roterende lichamen, kunnen draaitafels en ander hulpgereedschap worden gebruikt. Voor oppervlakken met hoge kwaliteitseisen kunnen superfijne polijstmethoden worden toegepast. Bij superfijn polijsten wordt gebruik gemaakt van speciaal vervaardigde schuurgereedschappen, die in een schuurmiddelhoudende polijstvloeistof strak tegen het oppervlak van het werkstuk worden gedrukt en met hoge snelheid worden rondgedraaid. Met deze techniek kan een oppervlakteruwheid van Ra0,008μm worden bereikt, de hoogste van alle polijstmethoden. Deze methode wordt vaak gebruikt voor optische lensmallen.
2. Chemische polijstmethode:
Bij chemisch polijsten wordt bij voorkeur de micro-uitsteeksels op het materiaaloppervlak opgelost in een chemisch medium, wat resulteert in een glad oppervlak. De belangrijkste voordelen van deze methode zijn het ontbreken van complexe apparatuur, de mogelijkheid om werkstukken met complexe vormen te polijsten en de mogelijkheid om veel werkstukken tegelijkertijd met hoge efficiëntie te polijsten. Het kernprobleem van chemisch polijsten is de formulering van de polijstvloeistof. De oppervlakteruwheid die wordt bereikt door chemisch polijsten bedraagt doorgaans enkele tientallen micrometers.
3. Chemisch-mechanisch polijsten (CMP)-methode:
Elk van de eerste twee polijstmethoden heeft zijn unieke voordelen. Door deze twee methoden te combineren, kunnen complementaire effecten in het proces worden bereikt. Chemisch-mechanisch polijsten combineert mechanische wrijving en chemische corrosieprocessen. Tijdens CMP oxideren de chemische reagentia in de polijstvloeistof het gepolijste substraatmateriaal, waardoor een zachte oxidelaag ontstaat. Deze oxidelaag wordt vervolgens door mechanische wrijving verwijderd. Door dit oxidatie- en mechanische verwijderingsproces te herhalen, wordt effectief polijsten bereikt.
Huidige uitdagingen en problemen bij chemisch mechanisch polijsten (CMP):
CMP wordt geconfronteerd met verschillende uitdagingen en problemen op het gebied van technologie, economie en ecologische duurzaamheid:
1) Procesconsistentie: Het bereiken van een hoge consistentie in het CMP-proces blijft een uitdaging. Zelfs binnen dezelfde productielijn kunnen kleine variaties in procesparameters tussen verschillende batches of apparatuur de consistentie van het eindproduct beïnvloeden.
2) Aanpassingsvermogen aan nieuwe materialen: Naarmate er nieuwe materialen blijven verschijnen, moet de CMP-technologie zich aanpassen aan hun kenmerken. Sommige geavanceerde materialen zijn mogelijk niet compatibel met traditionele CMP-processen, waardoor de ontwikkeling van meer aanpasbare polijstvloeistoffen en schuurmiddelen vereist is.
3) Grootte-effecten: Naarmate de afmetingen van halfgeleiderapparaten steeds kleiner worden, worden de problemen veroorzaakt door grootte-effecten steeds belangrijker. Kleinere afmetingen vereisen een hogere vlakheid van het oppervlak, waardoor nauwkeurigere CMP-processen nodig zijn.
4) Controle van de materiaalverwijderingssnelheid: Bij sommige toepassingen is nauwkeurige controle van de materiaalverwijderingssnelheid voor verschillende materialen van cruciaal belang. Het garanderen van consistente verwijderingssnelheden over verschillende lagen tijdens CMP is essentieel voor de productie van hoogwaardige apparaten.
5) Milieuvriendelijkheid: De polijstvloeistoffen en schuurmiddelen die in CMP worden gebruikt, kunnen componenten bevatten die schadelijk zijn voor het milieu. Onderzoek en ontwikkeling van milieuvriendelijkere en duurzamere CMP-processen en -materialen zijn belangrijke uitdagingen.
6) Intelligentie en automatisering: Hoewel het intelligentie- en automatiseringsniveau van CMP-systemen geleidelijk verbetert, moeten ze nog steeds omgaan met complexe en variabele productieomgevingen. Het bereiken van hogere niveaus van automatisering en intelligente monitoring om de productie-efficiëntie te verbeteren is een uitdaging die moet worden aangepakt.
7) Kostenbeheersing: CMP brengt hoge apparatuur- en materiaalkosten met zich mee. Fabrikanten moeten de procesprestaties verbeteren en er tegelijkertijd naar streven de productiekosten te verlagen om de concurrentiepositie op de markt te behouden.
Posttijd: 05-jun-2024