Processo di produzione delle chiavi wafer

Processo di lucidatura
Con il continuo sviluppo della tecnologia di produzione dei circuiti integrati (IC), le dimensioni dei chip stanno diventando sempre più piccole, il numero di strati di interconnessione è in aumento e anche il diametro del wafer è in aumento. Per ottenere un cablaggio multistrato, la superficie del wafer deve avere planarità, levigatezza e pulizia estremamente elevate e la lucidatura chimico-meccanica (CMP) è attualmente la tecnologia di appiattimento del wafer più efficace. Si tratta delle cinque tecnologie chiave più importanti della produzione di circuiti integrati, insieme a litografia, incisione, impianto ionico e PVD/CVD.
CMP equipment is mainly composed of polishing head, polishing disc, dresser, polishing liquid delivery system and other parts. The polishing head and its pressure control system are the most critical and complex components, and are the basis and core of CMP technology to achieve nano-level flattening. At present, the most advanced 300mm wafer polishing head abroad is loaded by air pressure, with functions such as zone pressure, vacuum adsorption, floating holding ring and self-adaptation, which is very complex. With the continuous reduction of feature size and the continuous increase of wafer diameter, the requirements for CMP surface quality are getting higher and higher, and the traditional single-zone pressure polishing head can no longer meet the requirements. If the polishing head can divide the wafer into multiple areas for loading, the material removal rate of different areas can be controlled by changing the amount of applied pressure. The polishing head of the current international high-end 300 mm wafer CMP equipment usually has three pressure zones. In addition, at the 45 nm technology node and below, the current CMP equipment (polishing pressure>6,985 kPa) è molto probabile che causi problemi come rottura e graffi dei materiali a basso k e distacco dell'interfaccia medio/rame a basso k. CMP a pressione ultrabassa (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
Nel processo CMP, la testa di lucidatura svolge principalmente i seguenti ruoli: ① Applicare pressione al wafer; ② Guidare il wafer per ruotare e trasmettere la coppia; ③ Assicurarsi che il wafer e il tampone di lucidatura siano sempre ben fissati senza cadere o frammentarsi. Inoltre, nelle apparecchiature CMP di fascia alta, la testa di lucidatura è preferibilmente in grado di bloccare il wafer mediante la propria struttura senza l'ausilio di condizioni esterne per migliorare l'efficienza produttiva.
La testa lucidante a pressione zonata è un fattore importante per misurare il livello tecnico delle apparecchiature CMP. La sua idea centrale deriva dal modello Preston. Secondo questo modello. Secondo la ricerca di CHEN et al., maggiore è il numero di partizioni di una testa lucidante, maggiore è la sua capacità di regolare la velocità di rimozione del materiale. Tuttavia, più partizioni ci sono, più complessa è la sua struttura e più difficile da sviluppare. Non esiste un requisito specifico per la suddivisione dimensionale di ciascuna zona della testa lucidante. Può essere diviso equamente oppure diviso in base all'effettiva struttura interna della testa lucidante.
Per evitare che il wafer venga espulso durante la rotazione, la testa di lucidatura deve avere una struttura ad anello di ritenzione. Nella storia dello sviluppo della tecnologia CMP sono comparsi due tipi di anelli di sicurezza: anelli di sicurezza fissi e anelli di sicurezza flottanti. Poiché l'anello di ritegno fisso non può evitare l'effetto bordo, l'attuale attrezzatura CMP tradizionale utilizza un anello di ritegno flottante. Applicando pressioni diverse all'anello di ritenzione flottante, è possibile regolare lo stato di contatto tra il wafer e il tampone di lucidatura, migliorando così efficacemente l'effetto bordo.
Poiché l'anello di ritenzione si adatta perfettamente al tampone di lucidatura, è necessario progettare una serie di scanalature nella parte inferiore dell'anello di ritenzione per guidare il liquido lucidante affinché entri senza problemi nell'interfaccia wafer/tampone di lucidatura. Inoltre, per migliorare la durata, l'anello di ritenzione deve essere selezionato tra materiali ad alta resistenza, resistenti alla corrosione e all'usura come il polifenilene solfuro (PPS) o il polietereterchetone (PEEK).
Come accennato in precedenza, una funzione importante della testa di lucidatura è quella di bloccare il wafer e realizzare il trasferimento rapido e affidabile del wafer tra la stazione di carico e scarico e la stazione di lucidatura. Nella storia dello sviluppo della tecnologia CMP, ci sono stati molti metodi di bloccaggio come il bloccaggio meccanico, il fissaggio in paraffina e le ventose a vuoto, ma i metodi di cui sopra non sono più in grado di soddisfare i requisiti delle apparecchiature CMP di fascia alta in termini di efficienza, affidabilità, e pulizia. La testa di lucidatura multizona utilizza un metodo di adsorbimento sotto vuoto per bloccare il wafer. Il principio di base è mostrato nella Figura 2. Innanzitutto, viene applicata una pressione positiva all'airbag multizona per far uscire l'aria tra l'airbag e il wafer, quindi viene utilizzato il controllo combinato di pressione positiva e negativa delle diverse partizioni dell'airbag per formare una zona di pressione negativa tra l'airbag e il wafer e il wafer viene saldamente adsorbito sulla testa di lucidatura. Questo metodo sfrutta appieno la struttura airbag multizona della testa di lucidatura stessa e presenta i vantaggi di essere veloce, affidabile e privo di inquinamento.