اجازه ندهید "ظاهر سطحی" پد پولیش بازده تراشه شما را به خطر بیندازد - به این نکات کلیدی توجه کنید!

پولیش مکانیکی شیمیایی (CMP) تنها فناوری کلیدی است که می‌تواند به مسطح شدن سطح ویفر دست یابد و زبری سطح را تا سطح زیر نانومتری کاهش دهد. اصل اساسی CMP این است که دوغاب به طور شیمیایی با سطح ویفر واکنش می دهد و یک لایه نرم تشکیل می دهد که سپس با اصطکاک مکانیکی، حذف مواد و مسطح شدن سطح ویفر حذف می شود.

مشخصات ساختاری سطح (زبری، الگوی شیار و غیره) و خواص مواد (سختی، مدول الاستیک و غیره) پد پولیش از عوامل مهم موثر بر CMP هستند. پد پولیش مستقیماً بر نتایج پولیش ویفر تأثیر می گذارد.

01 ویژگی های ساختاری سطح پد پولیش

● میکروتوپوگرافی سطحی پد پولیش

پدهای پولیش معمولاً مملو از ریز منافذ روی سطح هستند که می توانند ذرات دوغاب و ساینده را ذخیره و انتقال دهند، در برابر حمله شیمیایی دوغاب مقاومت کنند و محصولات جانبی پولیش را فوراً حذف کنند و در نتیجه بر حذف مواد تأثیر بگذارند.

بر اساس ویژگی‌های ساختاری، لنت‌های پولیش تجاری رایج به سه نوع طبقه‌بندی می‌شوند: نوع مش (پارچه میرایی)، نوع الیافی (چرم مصنوعی) و نوع میکرو متخلخل (پلی اورتان). در مقایسه با دو مورد دیگر، پد توری قابلیت تراکم و حمل دوغاب بهتری دارد و سختی کمتر آن باعث می‌شود که احتمال ایجاد خراش در حین پرداخت خوب کمتر شود. انواع الیاف و پلی یورتان به دلیل سختی و ساختار خاص خود، بیشتر برای پرداخت خشن و پرداخت مواد غیرفلزی مورد استفاده قرار می گیرند.

هندسه و توزیع ریز منافذ بر استحکام سطح و چگالی پد تأثیر می گذارد. خصوصیات تخلخل و چگالی عمدتاً توسط نسبت پواسون (ν) منعکس می شود. استحکام سطح با افزایش تخلخل کاهش می یابد. قطر منافذ بزرگتر ظرفیت حمل و نقل را بهبود می بخشد، اما منافذ بیش از حد بزرگ می تواند تراکم و استحکام لنت را کاهش دهد.

تغییر در اندازه و ساختار ریز منافذ نیز بر عملکرد پولیش تأثیر می گذارد. بهینه سازی ساختار ریز منافذ می تواند حالت تماس بین پد و ویفر را بهبود بخشد. بررسی رابطه هم افزایی بین بارگذاری مکانیکی در سطح مشترک و واکنش های شیمیایی دوغاب می تواند نرخ حذف مواد CMP را بهتر کنترل کند.

● بافت شیار سطحی پد پولیش

شیار کردن روی سطح پد دو هدف را دنبال می کند: از یک طرف، توانایی پد را برای ذخیره و انتقال دوغاب افزایش می دهد و جریان دوغاب را بهبود می بخشد. از طرفی ضریب اصطکاک و تنش برشی روی سطح لنت را اصلاح می کند. جدول زیر شیارهای معمولی لنت های سری IC تولید شده توسط Rohm Haas را نشان می دهد که به طور گسترده در صنعت نیمه هادی استفاده می شود. در مقایسه IC1010 با IC1000، IC1010 دارای شیارهای عمیق تر و متراکم تری است که منجر به عملکرد مکانیکی قوی تر ناشی از نازک شدن لنت و ذرات ساینده و همچنین عملکرد شیمیایی قوی تر می شود که منجر به قابلیت حذف مواد بالاتر می شود.

الگوهای شیار متداول شامل انواع لگاریتمی شعاعی، شبکه ای، حلقوی و مارپیچی است. در شکل زیر، (a)-(d) پدهای تک الگو را نشان می دهد، در حالی که (e)-(g) پدهای با الگوی ترکیبی هستند. لنت های کامپوزیتی معمولاً بهتر از پدهای تک الگو عمل می کنند و لنت های مارپیچی-لگاریتمی منفی می توانند به میزان قابل توجهی سرعت پرداخت را بهبود بخشند.

● Pad Asperities

برجستگی های زبر روی سطح پد الاستیک هستند تا از ایجاد خراش های غیرقابل جبران بیش از حد روی ویفر جلوگیری شود. مشخصات ارتفاع سطح میکروسکوپی پد معمولاً از توزیع گاوسی یا نمایی پیروی می کند.

میانگین ارتفاع ناهمواری ها (Rpk) به شدت بر میزان حذف مواد (MRR) تأثیر می گذارد. بدون تهویه پد، MRR با زمان پرداخت کاهش می یابد. اگر Rpk با شرطی سازی بازیابی شود، MRR به نزدیک به سطح اولیه خود باز می گردد. سایش در حین پرداخت و تهویه بعدی باعث تغییرات مداوم در زبری واقعی لنت می شود. تغییرات در زبری، قطر ناهمواری و توزیع زبری مستقیماً بر MRR تأثیر می گذارد.

02 خواص مواد پد پولیش

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد پد بر حالت تماس و نیروی تماس در سطح واسط پرداخت (پد دوغاب ویفر) تأثیر می‌گذارد و در نتیجه بر میزان حذف مواد و زبری سطح ویفر تأثیر می‌گذارد.

● پارامترهای خواص مکانیکی

سختی و مدول الاستیک دو پارامتر مکانیکی مهم هستند. پدهای سخت در مراحل صیقل کاری خشن که در آن به سرعت حذف بالا نیاز است استفاده می شود، اما سختی بیش از حد می تواند باعث آسیب سطحی و حذف غیریکنواخت مواد شود. پدهای نرم معمولاً در مراحل پولیش ریز با نیاز به زبری کم استفاده می شود. یک پد با قسمت بالایی سخت و پایینی نرم می‌تواند یکنواختی MRR را بهبود بخشد، اما تمایل به داشتن یک ناحیه حذف لبه بزرگ‌تر دارد. برعکس، یک پد با سطح نرم و پایین سخت می‌تواند ناحیه حذف لبه را کاهش دهد و به کیفیت سطح بهتری دست یابد.

● خصوصیات شیمیایی

پد باید پایداری شیمیایی و آب دوستی خوبی داشته باشد. پلی یورتان اثر حافظه شکل را نشان می دهد، با افزایش نرخ بازیابی شکل با افزایش دما.

در تولید پد CMP، واکنش های شیمیایی عمدتا شامل پلی ال ها و ایزوسیانات ها می شود. مواد اولیه اصلی شامل پیش پلیمرها، گسترش دهنده های زنجیره ای/صلیب کننده ها، عوامل کف کننده، کاتالیزورها و سایر افزودنی های کاربردی است. با کنترل غلظت ها و نسبت های واکنش دهنده، خواص مواد مختلف پد را می توان بهبود بخشید. گروه های فعال در پد، مانند گروه های هیدروکسیل و آمید نیز نقش مهمی ایفا می کنند - آنها لایه رسوب مجدد مواد پولیش را افزایش می دهند و مشکلات کیفیت سطح ناشی از سایش مکانیکی را کاهش می دهند. علاوه بر این، اصلاح فیزیکی و شیمیایی مواد پد می تواند عملکرد آن را بهبود بخشد.

علاوه بر این، در طول CMP، سطح لنت تحت بار و نیروهای برشی قرار می‌گیرد که باعث می‌شود لایه‌ها تحت جریان پلاستیک قرار بگیرند و مسطح شوند - پدیده‌ای که به لعاب معروف است. تهویه لنت می تواند لعاب و تخلخل سطح را بهبود بخشد و عملکرد پولیش پایدار را حفظ کند.

فن آوری های تهویه برای لنت های پولیش

در حال حاضر، تکنیک‌های شرطی‌سازی مرسوم به دو دسته تقسیم می‌شوند: غیر خود شرطی‌سازی و خود شرطی‌سازی.

فن آوری های غیر خود تهویه

غیر خود تهویه به استفاده از نیروهای خارجی برای حذف مواد ساینده، زباله و سایر ناخالصی ها از سطح پد، افشای مواد ساینده تازه و حفظ توانایی برش در حین پرداخت اشاره دارد.

تهویه کمد الماس
یک کمد الماس عمدتاً از مواد ساینده الماس، یک چسب و یک بستر تشکیل شده است. ساینده های الماسی با آبکاری الکتریکی، لحیم کاری، تف جوشی یا رسوب بخار شیمیایی بر روی بستر ثابت می شوند. عملکرد تهویه آن ارتباط نزدیکی با وضعیت سطح پد دارد و بنابراین بر کیفیت قطعه کار تأثیر می گذارد. اصل این است که الماس‌های با قطر بزرگ روی کمد، ذرات الماس کسل‌کننده را به زور از چسب جدا می‌کنند و لایه‌های لعاب‌دار و زباله‌ها را جدا می‌کنند و لبه‌های برش جدید روی پد را نمایان می‌کنند.

تهویه با جت آب با فشار بالا
این تکنیک از نیروی برشی یک جت آب برای شستن ذرات ساینده سست یا ضعیف استفاده می کند و همچنین لایه لعاب را می شکند، ناخالصی ها را از بین می برد و عملکرد لنت را بهبود می بخشد.

فن آوری های خود تهویه

خودتنظیمی به روش هایی اطلاق می شود که به لایه سطحی لنت اجازه می دهد با سرعت مناسبی سایش شود به طوری که مواد ساینده در لایه زیرسطحی به طور مداوم در طول پردازش در معرض دید قرار می گیرند و توانایی برش پایدار را حفظ می کنند. ظهور خودتنظیمی رویکردهای جدیدی را برای تهویه پد معرفی کرده است.

خودتنظیمی مرحله تهویه را حذف می کند، از تاثیر سایش کمد بر روی پد جلوگیری می کند و عمر پد را افزایش می دهد. به عنوان مثال، افزودن پایه های آلی، نمک های معدنی، یا سایر مواد شیمیایی می تواند خود تهویه را افزایش دهد. استفاده از پیش پلیمرهای دارای گروه های آبگریز، عملکرد خود تنظیمی را در حین پرداخت، تثبیت فرآیند و جلوگیری از تورم آب ایجاد می کند.