Из всех процессов, связанных с созданием чипа, окончательная судьбавафлядолжен быть разрезан на отдельные штампы и упакован в небольшие закрытые коробки, на которых открыто лишь несколько штифтов. Чип будет оцениваться по его пороговым значениям, сопротивлению, току и напряжению, но никто не будет учитывать его внешний вид. В процессе производства мы неоднократно полируем пластину для достижения необходимой планаризации, особенно на каждом этапе фотолитографии.вафляПоверхность должна быть чрезвычайно плоской, потому что по мере сокращения процесса производства чипов линзе фотолитографической машины необходимо достичь разрешения нанометрового масштаба за счет увеличения числовой апертуры (NA) линзы. Однако это одновременно уменьшает глубину резкости (DoF). Глубина фокуса — это глубина, на которой оптическая система может поддерживать фокус. Чтобы гарантировать, что фотолитографическое изображение остается четким и в фокусе, изменения поверхностивафлядолжно попадать в глубину фокуса.
Проще говоря, фотолитографическая машина жертвует способностью фокусировки ради повышения точности изображения. Например, фотолитографические машины EUV нового поколения имеют числовую апертуру 0,55, но вертикальная глубина фокуса составляет всего 45 нанометров, а оптимальный диапазон изображения во время фотолитографии еще меньше. Есливафляне плоский, имеет неравномерную толщину или неровности поверхности, это может вызвать проблемы при фотолитографии в верхних и нижних точках.
Фотолитография – не единственный процесс, требующий плавноговафляповерхность. Многие другие процессы производства чипов также требуют полировки пластин. Например, после влажного травления необходима полировка, чтобы сгладить шероховатую поверхность для последующего нанесения покрытия и осаждения. После изоляции неглубокой траншеи (STI) требуется полировка, чтобы сгладить избыток диоксида кремния и завершить заполнение траншеи. После напыления металла необходима полировка для удаления лишних слоев металла и предотвращения короткого замыкания устройства.
Таким образом, рождение чипа включает в себя многочисленные этапы полировки, чтобы уменьшить шероховатость и неровности поверхности пластины, а также удалить с поверхности лишний материал. Кроме того, дефекты поверхности, вызванные различными технологическими проблемами на пластине, часто становятся очевидными только после каждого этапа полировки. Таким образом, инженеры, ответственные за полировку, несут значительную ответственность. Они являются центральными фигурами в процессе производства чипов и часто несут вину на производственных совещаниях. Они должны обладать навыками как мокрого травления, так и физической обработки, которые являются основными методами полировки при производстве чипов.
Какие существуют методы полировки пластин?
Процессы полировки можно разделить на три основные категории в зависимости от принципов взаимодействия между полирующей жидкостью и поверхностью кремниевой пластины:
1. Метод механической полировки:
Механическая полировка удаляет выступы полированной поверхности путем резки и пластической деформации для достижения гладкой поверхности. Обычные инструменты включают масляные камни, шерстяные круги и наждачную бумагу, которыми в основном управляют вручную. Для специальных деталей, таких как поверхности вращающихся тел, можно использовать поворотные круги и другие вспомогательные инструменты. Для поверхностей с высокими требованиями к качеству можно использовать методы сверхтонкой полировки. Для сверхтонкой полировки используются специально изготовленные абразивные инструменты, которые в содержащей абразив полировальной жидкости плотно прижимаются к поверхности заготовки и вращаются с большой скоростью. Этот метод позволяет достичь шероховатости поверхности Ra0,008 мкм, что является самым высоким показателем среди всех методов полировки. Этот метод обычно используется для форм оптических линз.
2. Метод химической полировки:
Химическая полировка предполагает преимущественное растворение микровыступов на поверхности материала в химической среде, в результате чего поверхность становится гладкой. Основными преимуществами этого метода являются отсутствие необходимости в сложном оборудовании, возможность полировки заготовок сложной формы, а также возможность полировать множество заготовок одновременно с высокой производительностью. Основной проблемой химической полировки является состав полирующей жидкости. Шероховатость поверхности, достигаемая химической полировкой, обычно составляет несколько десятков микрометров.
3. Метод химико-механической полировки (ХМП):
Каждый из первых двух методов полировки имеет свои уникальные преимущества. Сочетание этих двух методов может привести к достижению взаимодополняющих эффектов в этом процессе. Химико-механическая полировка сочетает в себе процессы механического трения и химической коррозии. Во время ХМП химические реагенты в полировальной жидкости окисляют полируемый материал подложки, образуя мягкий оксидный слой. Затем этот оксидный слой удаляется посредством механического трения. Повторение процесса окисления и механического удаления позволяет добиться эффективной полировки.
Текущие проблемы и проблемы химико-механической полировки (ХМП):
CMP сталкивается с рядом проблем и проблем в области технологий, экономики и экологической устойчивости:
1) Согласованность процесса. Достижение высокой согласованности процесса CMP остается сложной задачей. Даже в пределах одной производственной линии незначительные различия в параметрах процесса между разными партиями или оборудованием могут повлиять на консистенцию конечного продукта.
2) Адаптируемость к новым материалам. Поскольку новые материалы продолжают появляться, технология CMP должна адаптироваться к их характеристикам. Некоторые современные материалы могут быть несовместимы с традиционными процессами CMP, что требует разработки более адаптируемых полирующих жидкостей и абразивов.
3) Эффекты размера. Поскольку размеры полупроводниковых устройств продолжают уменьшаться, проблемы, вызванные эффектом размера, становятся все более значительными. Меньшие размеры требуют более высокой плоскостности поверхности, что требует более точных процессов CMP.
4) Контроль скорости съема материала. В некоторых случаях решающее значение имеет точный контроль скорости съема материала для различных материалов. Обеспечение одинаковой скорости съема различных слоев во время CMP имеет важное значение для производства высокопроизводительных устройств.
5) Экологичность: Полировальные жидкости и абразивы, используемые в CMP, могут содержать вредные для окружающей среды компоненты. Исследования и разработки более экологически чистых и устойчивых процессов и материалов CMP являются важными задачами.
6) Интеллект и автоматизация. Хотя уровень интеллекта и автоматизации систем CMP постепенно улучшается, им все равно приходится справляться со сложными и изменчивыми производственными средами. Достижение более высокого уровня автоматизации и интеллектуального мониторинга для повышения эффективности производства — это задача, которую необходимо решить.
7) Контроль затрат: CMP предполагает высокие затраты на оборудование и материалы. Производителям необходимо улучшить производительность процессов, стремясь при этом снизить производственные затраты, чтобы сохранить конкурентоспособность на рынке.
Время публикации: 05 июня 2024 г.