Kādas ir vafeļu pulēšanas metodes?

No visiem procesiem, kas saistīti ar mikroshēmas izveidi, galīgais liktenisvafeleir jāsagriež atsevišķos presformās un jāiepako mazās, slēgtās kastēs, kurās ir redzamas tikai dažas tapas. Mikroshēma tiks novērtēta pēc tās sliekšņa, pretestības, strāvas un sprieguma vērtībām, taču neviens neņems vērā tās izskatu. Ražošanas procesā mēs atkārtoti pulējam vafeles, lai panāktu nepieciešamo planarizāciju, īpaši katram fotolitogrāfijas posmam. ThevafeleVirsmai jābūt ārkārtīgi plakanai, jo, mikroshēmas ražošanas procesam samazinoties, fotolitogrāfijas iekārtas objektīvam ir jāsasniedz nanometru mēroga izšķirtspēja, palielinot objektīva skaitlisko apertūru (NA). Tomēr tas vienlaikus samazina fokusa dziļumu (DoF). Fokusa dziļums attiecas uz dziļumu, kurā optiskā sistēma var saglabāt fokusu. Lai nodrošinātu, ka fotolitogrāfijas attēls paliek skaidrs un fokusēts, virsmas variācijasvafelejāiekļaujas fokusa dziļumā.

Vienkārši izsakoties, fotolitogrāfijas iekārta upurē fokusēšanas spēju, lai uzlabotu attēlveidošanas precizitāti. Piemēram, jaunās paaudzes EUV fotolitogrāfijas iekārtām ir 0,55 skaitliskā apertūra, bet vertikālais fokusa dziļums ir tikai 45 nanometri, un fotolitogrāfijas laikā ir vēl mazāks optimālais attēlveidošanas diapazons. Javafelenav plakana, ar nevienmērīgu biezumu vai virsmas viļņošanos, tas radīs problēmas fotolitogrāfijas laikā augstajos un zemākajos punktos.

Fotolitogrāfija nav vienīgais process, kam nepieciešama gluda darbībavafelevirsmas. Arī daudziem citiem mikroshēmu ražošanas procesiem ir nepieciešama vafeļu pulēšana. Piemēram, pēc mitrās kodināšanas ir nepieciešama pulēšana, lai izlīdzinātu raupjo virsmu turpmākai pārklāšanai un nogulsnēšanai. Pēc seklās tranšejas izolācijas (STI) ir nepieciešama pulēšana, lai izlīdzinātu lieko silīcija dioksīdu un pabeigtu tranšejas aizpildīšanu. Pēc metāla nogulsnēšanas ir nepieciešama pulēšana, lai noņemtu liekos metāla slāņus un novērstu ierīces īssavienojumus.

Tāpēc mikroshēmas radīšana ietver daudzas pulēšanas darbības, lai samazinātu vafeļu raupjumu un virsmas izmaiņas un noņemtu lieko materiālu no virsmas. Turklāt virsmas defekti, ko izraisa dažādas procesa problēmas uz vafeles, bieži kļūst redzami tikai pēc katra pulēšanas posma. Tādējādi par pulēšanu atbildīgiem inženieriem ir liela atbildība. Viņi ir galvenās figūras mikroshēmu ražošanas procesā un bieži vien ir vainojamas ražošanas sanāksmēs. Viņiem ir jāpārvalda gan mitrā kodināšana, gan fiziskā izlaide, kas ir galvenās pulēšanas metodes skaidu ražošanā.

Kādas ir vafeļu pulēšanas metodes?

Pulēšanas procesus var iedalīt trīs galvenajās kategorijās, pamatojoties uz mijiedarbības principiem starp pulēšanas šķidrumu un silīcija vafeles virsmu:

1. Mehāniskā pulēšanas metode:
Mehāniskā pulēšana noņem pulētās virsmas izvirzījumus, izmantojot griešanu un plastisko deformāciju, lai iegūtu gludu virsmu. Parastie instrumenti ir eļļas akmeņi, vilnas diski un smilšpapīrs, ko galvenokārt darbina ar rokām. Īpašās daļās, piemēram, rotējošo korpusu virsmās, var izmantot pagrieziena galdus un citus palīginstrumentus. Virsmām ar augstas kvalitātes prasībām var izmantot īpaši smalkas pulēšanas metodes. Īpaši smalkai pulēšanai tiek izmantoti speciāli izgatavoti abrazīvie instrumenti, kas abrazīvu saturošā pulēšanas šķidrumā tiek cieši piespiesti apstrādājamā priekšmeta virsmai un griezti lielā ātrumā. Ar šo paņēmienu var sasniegt virsmas raupjumu Ra0,008 μm, kas ir augstākais no visām pulēšanas metodēm. Šo metodi parasti izmanto optisko lēcu veidnēm.

2. Ķīmiskās pulēšanas metode:
Ķīmiskā pulēšana ietver materiāla virsmas mikroizciļņu izšķīdināšanu ķīmiskā vidē, tādējādi iegūstot gludu virsmu. Šīs metodes galvenās priekšrocības ir sarežģītu iekārtu nepieciešamības trūkums, spēja pulēt sarežģītas formas sagataves un spēja vienlaikus ar augstu efektivitāti pulēt daudzas sagataves. Ķīmiskās pulēšanas galvenā problēma ir pulēšanas šķidruma sastāvs. Virsmas raupjums, kas panākts ar ķīmisko pulēšanu, parasti ir vairāki desmiti mikrometru.

3. Ķīmiskās mehāniskās pulēšanas (CMP) metode.
Katrai no pirmajām divām pulēšanas metodēm ir savas unikālas priekšrocības. Apvienojot šīs divas metodes, procesā var panākt papildu efektus. Ķīmiskā mehāniskā pulēšana apvieno mehāniskās berzes un ķīmiskās korozijas procesus. CMP laikā pulēšanas šķidrumā esošie ķīmiskie reaģenti oksidē pulētā substrāta materiālu, veidojot mīkstu oksīda slāni. Pēc tam šis oksīda slānis tiek noņemts ar mehānisku berzi. Atkārtojot šo oksidēšanas un mehāniskās noņemšanas procesu, tiek panākta efektīva pulēšana.

Pašreizējie izaicinājumi un problēmas ķīmiskajā mehāniskajā pulēšanā (CMP):

CMP saskaras ar vairākiem izaicinājumiem un problēmām tehnoloģiju, ekonomikas un vides ilgtspējības jomā:

1) Procesa konsekvence: augstas konsekvences sasniegšana CMP procesā joprojām ir izaicinājums. Pat vienā ražošanas līnijā nelielas procesa parametru atšķirības dažādās partijās vai iekārtās var ietekmēt gala produkta konsistenci.

2) Pielāgojamība jauniem materiāliem. Tā kā turpina parādīties jauni materiāli, CMP tehnoloģijai ir jāpielāgojas to īpašībām. Daži uzlaboti materiāli var nebūt saderīgi ar tradicionālajiem CMP procesiem, tādēļ ir jāizstrādā pielāgojamāki pulēšanas šķidrumi un abrazīvie līdzekļi.

3) Izmēra efekti: tā kā pusvadītāju ierīces izmēri turpina samazināties, lieluma ietekmes izraisītās problēmas kļūst arvien nozīmīgākas. Mazākiem izmēriem nepieciešams lielāks virsmas līdzenums, tādēļ nepieciešami precīzāki CMP procesi.

4) Materiāla noņemšanas ātruma kontrole: dažos lietojumos ļoti svarīga ir precīza dažādu materiālu materiāla noņemšanas ātruma kontrole. Konsekventa noņemšanas ātruma nodrošināšana dažādos slāņos CMP laikā ir būtiska augstas veiktspējas ierīču ražošanai.

5) Videi draudzīgums: CMP izmantotie pulēšanas šķidrumi un abrazīvie līdzekļi var saturēt videi kaitīgas sastāvdaļas. Videi draudzīgāku un ilgtspējīgāku CMP procesu un materiālu izpēte un izstrāde ir svarīgs izaicinājums.

6) Intelekts un automatizācija: lai gan CMP sistēmu intelekta un automatizācijas līmenis pakāpeniski uzlabojas, tām joprojām ir jātiek galā ar sarežģītām un mainīgām ražošanas vidēm. Augsta līmeņa automatizācijas un inteliģentas uzraudzības sasniegšana, lai uzlabotu ražošanas efektivitāti, ir izaicinājums, kas jārisina.

7) Izmaksu kontrole: CMP ir saistīta ar augstām aprīkojuma un materiālu izmaksām. Lai saglabātu tirgus konkurētspēju, ražotājiem ir jāuzlabo procesa veiktspēja, vienlaikus cenšoties samazināt ražošanas izmaksas.