З усіх процесів, задіяних у створенні чіпа, остаточна долявафельнийповинен бути розрізаний на окремі штампи та упакований у маленькі закриті коробки лише з кількома штифтами. Мікросхему оцінюватимуть за значеннями порогу спрацьовування, опору, струму та напруги, але ніхто не буде розглядати її зовнішній вигляд. Під час виробничого процесу ми неодноразово поліруємо пластину для досягнення необхідної площинності, особливо для кожного кроку фотолітографії. TheвафельнийПоверхня повинна бути надзвичайно плоскою, тому що, оскільки процес виробництва мікросхеми зменшується, об’єктив фотолітографічної машини повинен досягти роздільної здатності нанометрового масштабу за рахунок збільшення числової апертури (NA) об’єктива. Однак це одночасно зменшує глибину фокусування (DoF). Глибина фокусування означає глибину, в межах якої оптична система може підтримувати фокус. Щоб гарантувати, що фотолітографічне зображення залишається чітким і у фокусі, зміна поверхнівафельниймає бути в межах глибини фокусу.
Простіше кажучи, фотолітографічна машина жертвує можливістю фокусування заради підвищення точності зображення. Наприклад, фотолітографічні машини EUV нового покоління мають числову апертуру 0,55, але вертикальна глибина фокусу становить лише 45 нанометрів, із ще меншим оптимальним діапазоном зображення під час фотолітографії. Якщовафельнийне є плоским, має нерівномірну товщину або хвилясту поверхню, це спричинить проблеми під час фотолітографії у високих і низьких точках.
Фотолітографія - не єдиний процес, який вимагає плавностівафельнийповерхні. Багато інших процесів виробництва мікросхем також вимагають полірування пластин. Наприклад, після мокрого травлення необхідне полірування, щоб згладити шорстку поверхню для подальшого покриття та нанесення. Після ізоляції неглибокої траншеї (STI) необхідне полірування, щоб згладити надлишок діоксиду кремнію та завершити заповнення траншеї. Після наплавлення металу необхідне полірування, щоб видалити зайві шари металу та запобігти короткому замиканню пристрою.
Таким чином, народження мікросхеми передбачає численні етапи полірування, щоб зменшити шорсткість пластини та зміни поверхні та видалити надлишок матеріалу з поверхні. Крім того, дефекти поверхні, викликані різними проблемами процесу на пластині, часто стають очевидними лише після кожного етапу полірування. Таким чином, інженери, відповідальні за полірування, несуть значну відповідальність. Вони є центральними фігурами в процесі виробництва мікросхем і часто несуть провину на виробничих нарадах. Вони повинні володіти як мокрим травленням, так і фізичним виходом, як основними методами полірування у виробництві мікросхем.
Які існують методи полірування пластин?
Процеси полірування можна класифікувати на три основні категорії на основі принципів взаємодії між полірувальною рідиною та поверхнею кремнієвої пластини:
1. Метод механічного полірування:
Механічне полірування видаляє виступи полірованої поверхні шляхом різання та пластичної деформації для досягнення гладкої поверхні. Звичайні інструменти включають масляні камені, вовняні круги та наждачний папір, які в основному працюють вручну. Спеціальні деталі, наприклад поверхні тіл обертання, можуть використовувати вертушки та інші допоміжні інструменти. Для поверхонь з високими вимогами до якості можна застосовувати методи надтонкого полірування. Для супертонкого полірування використовуються спеціально виготовлені абразивні інструменти, які в полірувальній рідині, що містить абразив, щільно притискаються до поверхні заготовки та обертаються з високою швидкістю. Ця техніка може досягти шорсткості поверхні Ra0,008 мкм, найвищої серед усіх методів полірування. Цей метод зазвичай використовується для форм для оптичних лінз.
2. Метод хімічного полірування:
Хімічне полірування передбачає переважне розчинення мікровиступів на поверхні матеріалу в хімічному середовищі, в результаті чого поверхня стає гладкою. Основними перевагами цього методу є відсутність потреби у складному обладнанні, можливість полірування заготовок складної форми, а також можливість полірування багатьох заготовок одночасно з високою ефективністю. Основним питанням хімічного полірування є склад полірувальної рідини. Шорсткість поверхні, досягнута хімічним поліруванням, зазвичай становить кілька десятків мікрометрів.
3. Метод хімічного механічного полірування (CMP):
Кожен з перших двох методів полірування має свої унікальні переваги. Поєднання цих двох методів може досягти взаємодоповнюючих ефектів у процесі. Хіміко-механічне полірування поєднує процеси механічного тертя і хімічної корозії. Під час CMP хімічні реагенти в полірувальній рідині окислюють відполірований матеріал підкладки, утворюючи м’який оксидний шар. Цей оксидний шар потім видаляється за допомогою механічного тертя. Повторення процесу окислення та механічного видалення забезпечує ефективне полірування.
Поточні виклики та проблеми хімічного механічного полірування (CMP):
CMP стикається з кількома викликами та проблемами в сферах технологій, економіки та екологічної стійкості:
1) Узгодженість процесу. Досягнення високої узгодженості в процесі CMP залишається складним завданням. Навіть на одній виробничій лінії незначні варіації параметрів процесу між різними партіями або обладнанням можуть вплинути на консистенцію кінцевого продукту.
2) Адаптація до нових матеріалів: оскільки нові матеріали продовжують з’являтися, технологія CMP повинна адаптуватися до їхніх характеристик. Деякі передові матеріали можуть бути несумісними з традиційними процесами CMP, що вимагає розробки більш адаптованих полірувальних рідин і абразивів.
3) Вплив розміру: Оскільки розміри напівпровідникових пристроїв продовжують зменшуватися, проблеми, викликані ефектами розміру, стають більш значними. Менші розміри вимагають більшої площинності поверхні, що вимагає більш точних процесів CMP.
4) Контроль швидкості зняття матеріалу: у деяких сферах застосування точний контроль швидкості зняття матеріалу для різних матеріалів є вирішальним. Забезпечення сталої швидкості видалення на різних шарах під час CMP є важливим для виробництва високопродуктивних пристроїв.
5) Екологічність: полірувальні рідини та абразиви, які використовуються в CMP, можуть містити екологічно шкідливі компоненти. Дослідження та розробка більш безпечних для навколишнього середовища та стійких процесів і матеріалів CMP є важливим викликом.
6) Інтелектуальність і автоматизація. Незважаючи на те, що рівень інтелектуальності та автоматизації систем CMP поступово покращується, вони все ще повинні справлятися зі складними та змінними виробничими середовищами. Досягнення більш високого рівня автоматизації та інтелектуального моніторингу для підвищення ефективності виробництва є проблемою, яку потрібно вирішити.
7) Контроль витрат: CMP передбачає високі витрати на обладнання та матеріали. Виробникам необхідно покращити продуктивність процесу, одночасно прагнучи знизити витрати виробництва, щоб підтримувати конкурентоспроможність на ринку.
Час публікації: 05 червня 2024 р