Aké sú metódy leštenia plátkov?

Zo všetkých procesov, ktoré sa podieľajú na vytváraní čipu, je konečný osud čipuoblátkasa má narezať na jednotlivé matrice a zabaliť do malých uzavretých škatúľ s odkrytými iba niekoľkými špendlíkmi. Čip bude hodnotený na základe jeho prahu, odporu, prúdu a hodnôt napätia, ale nikto nebude brať do úvahy jeho vzhľad. Počas výrobného procesu plátok opakovane leštíme, aby sme dosiahli potrebnú planarizáciu, najmä pre každý krok fotolitografie. Theoblátkapovrch musí byť extrémne plochý, pretože ako sa proces výroby čipu zmenšuje, šošovka fotolitografického stroja potrebuje dosiahnuť rozlíšenie v nanometrovej mierke zvýšením numerickej apertúry (NA) šošovky. To však súčasne znižuje hĺbku ostrosti (DoF). Hĺbka zaostrenia sa vzťahuje na hĺbku, v rámci ktorej môže optický systém udržiavať zaostrenie. Aby sa zabezpečilo, že fotolitografický obraz zostane čistý a zaostrený, variácie povrchuoblátkamusí spadať do hĺbky ostrosti.

Jednoducho povedané, fotolitografický stroj obetuje schopnosť zaostrovania na zlepšenie presnosti zobrazenia. Napríklad nová generácia fotolitografických strojov EUV má numerickú apertúru 0,55, ale vertikálna hĺbka ostrosti je len 45 nanometrov, s ešte menším optimálnym zobrazovacím rozsahom počas fotolitografie. Akoblátkanie je plochý, má nerovnomernú hrúbku alebo zvlnenie povrchu, spôsobí problémy počas fotolitografie na vysokých a nízkych bodoch.

Fotolitografia nie je jediný proces vyžadujúci hladký priebehoblátkapovrch. Mnoho ďalších procesov výroby čipov tiež vyžaduje leštenie plátkov. Napríklad po mokrom leptaní je potrebné leštenie na vyhladenie drsného povrchu pre následné nanášanie a nanášanie. Po plytkej izolácii výkopu (STI) je potrebné leštenie, aby sa vyhladil prebytočný oxid kremičitý a dokončilo sa vyplnenie výkopu. Po nanesení kovu je potrebné leštenie, aby sa odstránili prebytočné kovové vrstvy a zabránilo sa skratom zariadenia.

Zrodenie čipu preto zahŕňa množstvo krokov leštenia, aby sa znížila drsnosť plátku a variácie povrchu a aby sa odstránil prebytočný materiál z povrchu. Okrem toho sa povrchové chyby spôsobené rôznymi procesnými problémami na plátku často prejavia až po každom kroku leštenia. Preto majú inžinieri zodpovední za leštenie veľkú zodpovednosť. Sú ústrednými postavami v procese výroby čipov a často nesú vinu na výrobných poradách. Musia ovládať mokré leptanie aj fyzický výstup ako hlavné techniky leštenia pri výrobe triesok.

Aké sú metódy leštenia plátkov?

Procesy leštenia možno rozdeliť do troch hlavných kategórií na základe princípov interakcie medzi leštiacou kvapalinou a povrchom kremíkovej doštičky:

1. Metóda mechanického leštenia:
Mechanické leštenie odstraňuje výčnelky lešteného povrchu rezaním a plastickou deformáciou, aby sa dosiahol hladký povrch. Bežné nástroje zahŕňajú olejové kamene, vlnené kotúče a brúsny papier, ktoré sa ovládajú predovšetkým ručne. Špeciálne diely, ako sú povrchy rotačných telies, môžu využívať otočné taniere a iné pomocné nástroje. Pre povrchy s vysokými požiadavkami na kvalitu je možné použiť metódy superjemného leštenia. Superjemné leštenie využíva špeciálne vyrobené brúsne nástroje, ktoré sú v leštiacej kvapaline s obsahom abrazíva tesne pritlačené k povrchu obrobku a otáčajú sa vysokou rýchlosťou. Touto technikou je možné dosiahnuť drsnosť povrchu Ra0,008 μm, najvyššiu spomedzi všetkých metód leštenia. Táto metóda sa bežne používa pre formy optických šošoviek.

2. Metóda chemického leštenia:
Chemické leštenie zahŕňa prednostné rozpustenie mikrovýčnelkov na povrchu materiálu v chemickom prostredí, výsledkom čoho je hladký povrch. Hlavnými výhodami tejto metódy sú absencia potreby zložitého vybavenia, schopnosť leštiť obrobky zložitého tvaru a schopnosť leštiť veľa obrobkov súčasne s vysokou účinnosťou. Hlavnou otázkou chemického leštenia je zloženie leštiacej kvapaliny. Drsnosť povrchu dosiahnutá chemickým leštením je zvyčajne niekoľko desiatok mikrometrov.

3. Metóda chemicko-mechanického leštenia (CMP):
Každá z prvých dvoch metód leštenia má svoje jedinečné výhody. Kombináciou týchto dvoch metód možno dosiahnuť komplementárne účinky v procese. Chemické mechanické leštenie kombinuje procesy mechanického trenia a chemickej korózie. Počas CMP chemické činidlá v leštiacej kvapaline oxidujú leštený substrátový materiál a vytvárajú mäkkú oxidovú vrstvu. Táto vrstva oxidu sa potom odstráni mechanickým trením. Opakovaním tohto procesu oxidácie a mechanického odstraňovania sa dosiahne efektívne leštenie.

Aktuálne výzvy a problémy v chemicko-mechanickom leštení (CMP):

CMP čelí niekoľkým výzvam a problémom v oblastiach technológie, ekonomiky a environmentálnej udržateľnosti:

1) Konzistentnosť procesu: Dosiahnutie vysokej konzistentnosti v procese CMP zostáva náročné. Dokonca aj v rámci tej istej výrobnej linky môžu menšie odchýlky v procesných parametroch medzi rôznymi šaržami alebo zariadeniami ovplyvniť konzistenciu konečného produktu.

2) Prispôsobivosť novým materiálom: Keďže sa stále objavujú nové materiály, technológia CMP sa musí prispôsobiť ich charakteristikám. Niektoré pokročilé materiály nemusia byť kompatibilné s tradičnými procesmi CMP, čo si vyžaduje vývoj prispôsobiteľnejších leštiacich kvapalín a brusív.

3) Vplyv veľkosti: Ako sa rozmery polovodičových zariadení naďalej zmenšujú, problémy spôsobené efektmi veľkosti sa stávajú významnejšími. Menšie rozmery vyžadujú vyššiu rovinnosť povrchu, čo si vyžaduje presnejšie procesy CMP.

4) Kontrola rýchlosti odstraňovania materiálu: V niektorých aplikáciách je presná kontrola rýchlosti úberu materiálu pre rôzne materiály rozhodujúca. Zabezpečenie konzistentnej rýchlosti odstraňovania v rôznych vrstvách počas CMP je nevyhnutné pre výrobu vysokovýkonných zariadení.

5) Šetrnosť k životnému prostrediu: Leštiace kvapaliny a abrazíva používané v CMP môžu obsahovať zložky škodlivé pre životné prostredie. Výskum a vývoj ekologickejších a udržateľnejších procesov a materiálov CMP sú dôležitými výzvami.

6) Inteligencia a automatizácia: Zatiaľ čo úroveň inteligencie a automatizácie systémov CMP sa postupne zlepšuje, stále sa musia vyrovnávať so zložitými a variabilnými výrobnými prostrediami. Dosiahnutie vyššej úrovne automatizácie a inteligentného monitorovania na zlepšenie efektívnosti výroby je výzvou, ktorú treba riešiť.

7) Kontrola nákladov: CMP zahŕňa vysoké náklady na vybavenie a materiál. Výrobcovia musia zlepšiť výkonnosť procesov a zároveň sa snažiť znižovať výrobné náklady, aby si udržali konkurencieschopnosť na trhu.