Wafer Key tillverkningsprocess

Poleringsprocess
Med den kontinuerliga utvecklingen av tillverkningsteknik för integrerade kretsar (IC) blir chipfunktionsstorleken mindre och mindre, antalet sammankopplingsskikt ökar och waferdiametern ökar också. För att uppnå flerskiktsledningar måste skivans yta ha extremt hög planhet, jämnhet och renhet, och kemisk mekanisk polering (CMP) är för närvarande den mest effektiva tekniken för plattning av skivor. Det kallas de fem viktigaste nyckelteknologierna för IC-tillverkning tillsammans med litografi, etsning, jonimplantation och 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) är mycket sannolikt att orsaka problem såsom brott och repor av lågk-material och avskalning av lågk-medium/koppargränssnitt. Ultralågt tryck CMP (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
I CMP-processen spelar polerhuvudet huvudsakligen följande roller: ① Applicera tryck på wafern; ② Driv skivan att rotera och överför vridmoment; ③ Se till att skivan och polerplattan alltid är väl inpassade utan att falla av eller fragment. Dessutom, i avancerad CMP-utrustning, kan polerhuvudet företrädesvis klämma fast skivan med sin egen struktur utan hjälp av yttre förhållanden för att förbättra produktionseffektiviteten.
Det zonerade tryckpoleringshuvudet är en viktig faktor för att mäta den tekniska nivån på CMP-utrustning. Dess kärnidé kommer från Preston-modellen. Enligt denna modell. Enligt forskning av CHEN et al., ju fler skiljeväggar ett polerhuvud har, desto starkare är dess förmåga att justera materialavlägsningshastigheten. Men ju fler partitioner det finns, desto mer komplex är strukturen och desto svårare är den att utveckla. Det finns inga specifika krav på storleksindelningen av varje zon på polerhuvudet. Det kan delas lika eller delas enligt den faktiska inre strukturen på polerhuvudet.
För att förhindra att skivan kastas ut under rotation måste polerhuvudet ha en låsringstruktur. I utvecklingshistorien för CMP-tekniken har två typer av låsringar dykt upp: fasta låsringar och flytande låsringar. Eftersom den fasta låsringen inte kan undvika kanteffekten, använder den nuvarande vanliga CMP-utrustningen en flytande låsring. Genom att applicera olika tryck på den flytande hållarringen kan kontakttillståndet mellan skivan och polerplattan justeras, vilket effektivt förbättrar kanteffekten.
Eftersom hållarringen passar tätt med polerplattan måste en serie spår utformas längst ner på hållarringen för att styra polervätskan att smidigt komma in i gränssnittet mellan skivan och polerplattan. Dessutom, för att förbättra livslängden, måste hållarringen väljas från höghållfasta, korrosionsbeständiga och slitstarka material som polyfenylensulfid (PPS) eller polyetereterketon (PEEK).
Som tidigare nämnts är en viktig funktion hos polerhuvudet att klämma fast skivan och realisera den snabba och tillförlitliga överföringen av skivan mellan lastnings- och avlastningsstationen och polerstationen. I utvecklingshistorien för CMP-teknik har det funnits många fastspänningsmetoder som mekanisk fastspänning, paraffinbindning och vakuumsugkoppar, men ovanstående metoder kan inte längre uppfylla kraven för avancerad CMP-utrustning när det gäller effektivitet, tillförlitlighet, och renlighet. Flerzonspoleringshuvudet använder en vakuumadsorptionsmetod för att klämma fast skivan. Grundprincipen visas i figur 2. Först appliceras ett positivt tryck på flerzonskrockkudden för att pressa ut luften mellan krockkudden och wafern, och sedan används kombinationskontrollen för positivt och negativt tryck av olika krockkuddspartier för att bilda en undertryckszon mellan krockkudden och wafern, och wafern är ordentligt adsorberad på polerhuvudet. Denna metod utnyttjar till fullo den flerzonskrockkuddestrukturen i själva polerhuvudet och har fördelarna av snabb, pålitlig och föroreningsfri.