Proceso de pulido
Con el desarrollo continuo de la tecnología de fabricación de circuitos integrados (CI), los tamaños de las características de los chips son cada vez más pequeños, las capas de interconexión aumentan y los diámetros de las obleas también aumentan constantemente. Para lograr un cableado multi-capa, la superficie de la oblea debe tener una planitud, suavidad y limpieza extremadamente altas. El pulido químico mecánico (CMP) es actualmente la tecnología de planarización de obleas más eficaz y, junto con la fotolitografía, el grabado, la implantación de iones y PVD/CVD, se conoce como las cinco tecnologías clave principales en la fabricación de circuitos integrados.
CMP equipment mainly consists of polishing head, polishing disc, conditioner, polishing solution delivery system, etc. The polishing head and its pressure control system are the most critical and complex components, which are the foundation and core of CMP technology to achieve nanoscale planarization. At present, the most advanced 300mm wafer polishing head abroad adopts pneumatic loading, which has functions such as partition pressure, vacuum adsorption, floating holding ring, and adaptive, making it very complex. With the continuous reduction of feature size and the continuous increase of wafer diameter, the requirements for CMP surface quality are also increasing, and traditional single zone pressure polishing heads can no longer meet the requirements. If the polishing head can divide the wafer into multiple areas for loading, the material removal rate in different areas can be controlled by changing the magnitude of the applied pressure. The polishing head of high-end 300mm wafer CMP equipment currently available internationally typically has three pressure zones. In addition, at the 45 nm technology node and below, current CMP equipment (polishing pressure>6,985 kPa) es propenso a problemas como fractura, rayado y delaminación de la interfaz de materiales Low-k. CMP de presión ultrabaja (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
El cabezal de pulido desempeña principalmente las siguientes funciones durante el proceso CMP: ① Aplicar presión a la oblea; ② Conducir la oblea para girar y transmitir par; ③ Asegúrese de que la oblea y la almohadilla de pulido estén siempre en buen contacto sin caerse ni fragmentarse. Además, en los equipos CMP de gama alta-, lo mejor es que el cabezal de pulido pueda sostener la oblea por su propia estructura sin depender de condiciones externas para mejorar la eficiencia de la producción.
El cabezal de pulido a presión de particiones es un factor importante para medir el nivel de tecnología de los equipos CMP. La idea central proviene del modelo de Preston, según el cual. Según la investigación de CHEN et al., cuantas más particiones tenga el cabezal de pulido, mayor será su capacidad para ajustar la tasa de eliminación de material. Pero cuantas más particiones haya, más compleja será su estructura y mayor será la dificultad de la investigación y el desarrollo. No existe ningún requisito específico para la división del tamaño de cada área del cabezal de pulido, que se puede dividir en partes iguales o en función de la estructura interna real del cabezal de pulido.
Para evitar que la oblea se salga despedida durante la rotación, el cabezal de pulido debe tener una estructura de anillo de retención. Ha habido dos tipos de anillos de retención en el desarrollo de la tecnología CMP: anillos de retención fijos y anillos de retención flotantes. Debido a la incapacidad de los anillos de retención fijos para evitar efectos de borde, los equipos CMP actuales adoptan anillos de retención flotantes. Al aplicar diferentes presiones a los anillos de retención flotantes, se puede ajustar el estado de contacto entre la oblea y la almohadilla de pulido, mejorando efectivamente los efectos de los bordes.
Debido al ajuste perfecto entre el anillo de retención y la almohadilla de pulido, se debe diseñar una serie de ranuras en la parte inferior del anillo de retención para guiar la solución de pulido suavemente hacia la interfaz oblea/almohadilla de pulido. Además, para mejorar la vida útil, el anillo de retención debe estar fabricado con materiales de alta-resistencia, corrosión-y desgaste-como el sulfuro de polifenileno (PPS) o la polieteretercetona (PEEK).
Como se mencionó anteriormente, una función importante del cabezal de pulido es sujetar la oblea y lograr una transferencia rápida y confiable entre la estación de carga y descarga y la estación de pulido. En el desarrollo de la tecnología CMP, ha habido varios métodos de sujeción, como sujeción mecánica, unión de parafina y ventosas de vacío, pero estos métodos ya no pueden cumplir con los requisitos de los equipos CMP de alta-eficiencia, confiabilidad y limpieza. El cabezal de pulido multizona utiliza un método de adsorción al vacío para sujetar la oblea y el principio básico se muestra en la Figura 2. En primer lugar, aplique presión positiva a la bolsa de aire multizona para exprimir el aire entre la bolsa de aire y la oblea. Luego, use el control de combinación de presión positiva y negativa de diferentes zonas de la bolsa de aire para formar una zona de presión negativa entre la bolsa de aire y la oblea, uniendo firmemente la oblea al cabezal de pulido. Este método utiliza plenamente la estructura de bolsa de aire multizona del propio cabezal de pulido y tiene las ventajas de ser rápido, confiable y libre de contaminación-.
El sistema de control de presión controla la presión del cabezal de pulido a través de la presión del aire, y sus funciones principales incluyen: ① carga de presión en la oblea y el anillo de sujeción; ② Aplique presión negativa al cabezal de pulido para sujetar la oblea; ③ Compruebe si hay alguna fuga de aire en cada cámara. El principio de control de presión del cabezal de pulido multizona se muestra en la Figura 3. Los componentes principales del circuito de aire del cabezal de pulido incluyen una fuente de aire, una válvula reductora de presión, una válvula proporcional eléctrica, un generador de vacío, una válvula reguladora de presión de vacío, una válvula de tres-vías de dos posiciones, una válvula de dos-vías de dos posiciones y un sensor de presión. El cabezal de pulido tiene cinco cámaras de presión (Z1-Z5), cada una de las cuales tiene funciones tales como aplicar presión positiva, extraer presión negativa, ventilar a la atmósfera y detectar fugas. La presión positiva está controlada por un sistema de circuito completamente cerrado.
