Processus de polissage
Avec le développement continu de la technologie de fabrication de circuits intégrés (CI), la taille des puces devient de plus en plus petite, les couches d'interconnexion augmentent et les diamètres des tranches augmentent également constamment. Pour réaliser un câblage multi-couche, la surface de la plaquette doit avoir une planéité, une douceur et une propreté extrêmement élevées. Le polissage chimico-mécanique (CMP) est actuellement la technologie de planarisation de tranches la plus efficace qui, avec la photolithographie, la gravure, l'implantation ionique et le PVD/CVD, est connue comme les cinq technologies clés de base dans la fabrication de circuits intégrés.
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) est sujet à des problèmes tels que la fracture, les rayures et le délaminage de l'interface des matériaux Low-k. CMP ultra basse pression (<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
La tête de polissage joue principalement les rôles suivants pendant le processus CMP : ① Appliquer une pression sur la tranche ; ② Conduisez la plaquette pour qu'elle tourne et transmette le couple ; ③ Assurez-vous que la plaquette et le tampon de polissage sont toujours en bon contact sans tomber ni se fragmenter. De plus, dans les équipements CMP haut de gamme, il est préférable que la tête de polissage soit capable de maintenir la plaquette par sa propre structure sans compter sur des conditions externes pour améliorer l'efficacité de la production.
La tête de polissage sous pression de séparation est un facteur important dans la mesure du niveau de technologie des équipements CMP. L'idée centrale vient du modèle Preston, selon lequel. Selon les recherches de CHEN et al., plus la tête de polissage comporte de cloisons, plus sa capacité à ajuster le taux d'enlèvement de matière est forte. Mais plus il y a de cloisons, plus sa structure est complexe et plus la recherche et le développement sont difficiles. Il n'y a aucune exigence spécifique concernant la division en taille de chaque zone de la tête de polissage, qui peut être divisée de manière égale ou en fonction de la structure interne réelle de la tête de polissage.
Pour éviter que la plaquette ne soit projetée lors de la rotation, la tête de polissage doit avoir une structure d'anneau de retenue. Il y a eu deux types de circlips dans le développement de la technologie CMP : les circlips fixes et les circlips flottants. En raison de l'incapacité des anneaux de retenue fixes à éviter les effets de bord, les équipements CMP courants actuels adoptent des anneaux de retenue flottants. En appliquant différentes pressions aux anneaux de retenue flottants, l'état de contact entre la plaquette et le tampon de polissage peut être ajusté, améliorant ainsi efficacement les effets de bord.
En raison de l'ajustement serré entre la bague de retenue et le tampon de polissage, une série de rainures doit être conçue au bas de la bague de retenue pour guider la solution de polissage en douceur dans l'interface plaquette/tampon de polissage. De plus, pour améliorer la durée de vie, la bague de retenue doit être constituée de matériaux à haute-résistance, à la corrosion-et à l'usure-résistants tels que le sulfure de polyphénylène (PPS) ou le polyétheréthercétone (PEEK).
Comme mentionné précédemment, une fonction importante de la tête de polissage est de serrer la tranche et d'obtenir un transfert rapide et fiable entre la station de chargement et de déchargement et la station de polissage. Dans le développement de la technologie CMP, diverses méthodes de serrage ont été utilisées, telles que le serrage mécanique, le collage par paraffine et les ventouses sous vide, mais ces méthodes ne peuvent plus répondre aux exigences des équipements CMP haut de gamme en termes d'efficacité, de fiabilité et de propreté. La tête de polissage multizone utilise une méthode d'adsorption sous vide pour serrer la tranche, et le principe de base est illustré à la figure 2. Tout d'abord, appliquez une pression positive sur l'airbag multizone pour expulser l'air entre l'airbag et la tranche. Ensuite, utilisez le contrôle combiné de pression positive et négative de différentes zones de l'airbag pour former une zone de pression négative entre l'airbag et la plaquette, fixant fermement la plaquette à la tête de polissage. Cette méthode utilise pleinement la structure de l'airbag multizone de la tête de polissage elle-même et présente les avantages d'être rapide, fiable et sans pollution-.
Le système de contrôle de pression contrôle la pression de la tête de polissage via la pression de l'air et ses principales fonctions comprennent : ① la charge de pression sur la plaquette et l'anneau de maintien ; ② Appliquez une pression négative sur la tête de polissage pour serrer la plaquette ; ③ Vérifiez s'il y a des fuites d'air dans chaque chambre. Le principe de contrôle de la pression de la tête de polissage multizone est illustré à la figure 3. Les principaux composants du circuit d'air de la tête de polissage comprennent la source d'air, le réducteur de pression, la vanne proportionnelle électrique, le générateur de vide, la vanne de régulation de pression sous vide, la vanne à trois voies à deux positions, la vanne à deux voies à deux positions et le capteur de pression. La tête de polissage comporte cinq chambres de pression (Z1-Z5), dont chacune a des fonctions telles que l'application d'une pression positive, l'extraction d'une pression négative, la mise à l'air libre et la détection de fuites. La pression positive est contrôlée par un système entièrement en boucle fermée.
