תהליך ליטוש
עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית ייצור מעגלים משולבים (IC), גדלי תכונות השבבים הופכים קטנים יותר, שכבות החיבור גדלות, וגם קוטרי הפרוסים גדלים כל הזמן. כדי להשיג חיווט רב-שכבתי, על משטח הפרוסים להיות בעלי שטוחות, חלקות וניקיון גבוהים במיוחד. ליטוש כימי מכני (CMP) היא כיום טכנולוגיית הפלאנריזציה היעילה ביותר של פרוסות, אשר, יחד עם פוטוליטוגרפיה, תחריט, השתלת יונים ו-PVD/CVD, ידועה כחמש טכנולוגיות המפתח העיקריות בייצור IC.
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) נוטה לבעיות כגון שבר, שריטות ודליפת ממשק של חומרים נמוכים-k. CMP בלחץ נמוך במיוחד (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
ראש הליטוש ממלא בעיקר את התפקידים הבאים במהלך תהליך CMP: ① הפעלת לחץ על הפרוסה; ② הניע את הפרוסה כדי להסתובב ולהעביר מומנט; ③ ודא שהרקיק ורפידת הליטוש נמצאים תמיד במגע טוב מבלי ליפול או לרסיסים. בנוסף, בציוד CMP-מתקדם, עדיף שראש הליטוש יוכל להחזיק את הוואפר במבנה שלו מבלי להסתמך על תנאים חיצוניים לשיפור יעילות הייצור.
ראש ליטוש בלחץ מחיצה הוא גורם חשוב למדידת רמת טכנולוגיית ציוד CMP. הרעיון המרכזי מגיע מדגם פרסטון, לפיו. על פי המחקר של CHEN וחב', ככל שלראש הליטוש יש יותר מחיצות, כך חזקה יותר יכולתו להתאים את קצב הסרת החומר. אבל ככל שיש יותר מחיצות, המבנה שלו מורכב יותר והקושי במחקר ופיתוח גדול יותר. אין דרישה ספציפית לחלוקת הגודל של כל אזור בראש הליטוש, אותה ניתן לחלק שווה בשווה או לפי המבנה הפנימי בפועל של ראש הליטוש.
כדי למנוע את השלכת הוופל החוצה במהלך הסיבוב, על ראש הליטוש להיות בעל מבנה טבעת תמיכה. בפיתוח טכנולוגיית CMP היו שני סוגים של טבעות שמירה: טבעות שמירה קבועות וטבעות שמירה צפות. בשל חוסר היכולת של טבעות שמירה קבועות להימנע מהשפעות קצה, ציוד ה-CMP המיינסטרים הנוכחי מאמץ טבעות שמירה צפות. על ידי הפעלת לחצים שונים על טבעות השמירה הצפות, ניתן לכוונן את מצב המגע בין הפרוסה לרפידת הליטוש, ולשפר למעשה את השפעות הקצה.
בשל ההתאמה ההדוקה בין טבעת השמירה לרפידת הליטוש, יש לעצב סדרה של חריצים בתחתית טבעת השמירה כדי להוביל את פתרון הליטוש בצורה חלקה לתוך ממשק רקיק/רפידת ליטוש. בנוסף, כדי לשפר את תוחלת החיים, טבעת השמירה צריכה להיות עשויה מחומרים-חוזק גבוה, עמיד בפני קורוזיה- ועמידים בפני-בלאי כגון פוליפנילן גופרתי (PPS) או פוליאתתרקטון (PEEK).
כפי שצוין קודם לכן, תפקיד חשוב אחד של ראש הליטוש הוא להדק את הפרוסה ולהשיג העברה מהירה ואמינה בין עמדת ההעמסה והפריקה לבין עמדת הליטוש. בפיתוח טכנולוגיית ה-CMP, היו שיטות הידוק שונות כגון הידוק מכאני, הצמדת פרפין וכוסות יניקה ואקום, אך שיטות אלו אינן יכולות לעמוד עוד בדרישות של ציוד CMP-מתקדם במונחים של יעילות, אמינות וניקיון. ראש הליטוש הרב-אזורי משתמש בשיטת ספיחה ואקום כדי להדק את הפרוסה, והעיקרון הבסיסי מוצג באיור 2. ראשית, הפעל לחץ חיובי על כרית האוויר הרב-אזורית כדי לסחוט החוצה את האוויר בין כרית האוויר והפלטה. לאחר מכן, השתמש בבקרת שילוב הלחץ החיובי והשלילי של אזורים שונים של כרית האוויר כדי ליצור אזור לחץ שלילי בין כרית האוויר לפרוסה, תוך חיבור חזק של הפרוסה לראש הליטוש. שיטה זו מנצלת באופן מלא את מבנה כריות האוויר הרב-אזוריות של ראש הליטוש עצמו, ויש לה את היתרונות שהיא מהירה, אמינה וללא זיהום-.
מערכת בקרת הלחץ שולטת על הלחץ של ראש הליטוש באמצעות לחץ אוויר, ותפקידיה העיקריים כוללים: ① העמסת לחץ על רקיק וטבעת האחיזה; ② הפעל לחץ שלילי על ראש הליטוש כדי להדק את הפרוסה; ③ בדוק אם יש נזילת אוויר בכל תא. עקרון בקרת הלחץ של ראש הליטוש הרב-אזורי מוצג באיור 3. המרכיבים העיקריים של מעגל האוויר של ראש הליטוש כוללים מקור אוויר, שסתום הפחתת לחץ, שסתום פרופורציונלי חשמלי, מחולל ואקום, שסתום ויסות לחץ ואקום, שסתום שלוש-בשני מצבים, שסתום דו-כיווני דו-כיווני וחיישן לחץ. לראש הליטוש חמישה תאי לחץ (Z1-Z5), שלכל אחד מהם יש פונקציות כמו הפעלת לחץ חיובי, הוצאת לחץ שלילי, אוורור לאטמוספירה וזיהוי נזילות. הלחץ החיובי נשלט על ידי מערכת לולאה סגורה לחלוטין.
