Penggilapan Mekanikal Kimia (CMP) ialah satu-satunya teknologi utama yang boleh mencapai perancang permukaan wafer, yang mampu mengurangkan kekasaran permukaan ke tahap sub-nanometer. Prinsip asas CMP ialah buburan secara kimia bertindak balas dengan permukaan wafer untuk membentuk lapisan yang lembut, yang kemudiannya dikeluarkan oleh geseran mekanikal, penyingkiran bahan dan planarisasi permukaan wafer.
Ciri-ciri struktur permukaan (kekasaran, corak alur, dsb.) dan sifat bahan (kekerasan, modulus keanjalan, dsb.) pad penggilap adalah faktor penting yang mempengaruhi CMP. Pad penggilap secara langsung mempengaruhi hasil penggilapan wafer.
01 Ciri-ciri Struktur Permukaan Pad Penggilap
● Topografi Mikro Permukaan Pad Penggilap
Pad pengilat biasanya penuh dengan mikropori di permukaan, yang boleh menyimpan dan mengangkut buburan dan zarah kasar, menahan serangan kimia daripada buburan, dan segera mengeluarkan produk sampingan penggilap, sekali gus menjejaskan penyingkiran bahan.
Berdasarkan ciri-ciri struktur, pad penggilap komersial arus perdana dikelaskan kepada tiga jenis: jenis mesh (kain redaman), jenis gentian (kulit sintetik), dan jenis mikroporous (poliuretana). Berbanding dengan dua yang lain, pad mesh mempunyai kebolehmampatan yang lebih baik dan keupayaan membawa buburan, dan kekerasan yang lebih rendah menjadikannya kurang berkemungkinan menyebabkan calar semasa penggilapan halus. Jenis gentian dan poliuretana, disebabkan kekerasan dan struktur khusus mereka, kebanyakannya digunakan untuk penggilap kasar dan penggilapan bahan bukan logam.
Geometri dan taburan mikropori mempengaruhi kekuatan permukaan dan ketumpatan pad. Ciri-ciri keliangan dan ketumpatan dicerminkan terutamanya oleh nisbah Poisson (ν). Kekuatan permukaan berkurangan dengan peningkatan keliangan. Diameter liang yang lebih besar meningkatkan kapasiti pengangkutan, tetapi liang yang terlalu besar boleh mengurangkan ketumpatan dan kekuatan pad.
Perubahan dalam saiz dan struktur mikropori juga mempengaruhi prestasi penggilapan. Mengoptimumkan struktur mikropori boleh meningkatkan keadaan sentuhan antara pad dan wafer. Meneroka hubungan sinergistik antara pemuatan mekanikal pada antara muka dan tindak balas kimia buburan boleh mengawal kadar penyingkiran bahan CMP dengan lebih baik.
● Tekstur Alur Permukaan Pad Penggilap
Alur pada permukaan pad mempunyai dua tujuan: pada satu tangan, ia meningkatkan keupayaan pad untuk menyimpan dan mengangkut buburan, meningkatkan aliran buburan; sebaliknya, ia mengubah suai pekali geseran dan tegasan ricih pada permukaan pad. Jadual di bawah menunjukkan alur biasa pad siri IC yang dikeluarkan oleh Rohm Haas, yang digunakan secara meluas dalam industri semikonduktor. Membandingkan IC1010 dengan IC1000, IC1010 mempunyai alur yang lebih dalam dan padat, menghasilkan tindakan mekanikal yang lebih kuat daripada asperities pad dan zarah kasar, serta tindakan kimia yang lebih kuat, yang membawa kepada keupayaan penyingkiran bahan yang lebih tinggi.
Corak alur biasa termasuk jenis logaritma jejari, grid, anulus dan lingkaran. Dalam rajah di bawah, (a)‑(d) mewakili pad corak tunggal, manakala (e)‑(g) ialah pad corak komposit. Pad komposit umumnya berprestasi lebih baik daripada pad corak tunggal, dan pad spiral-logaritma negatif boleh meningkatkan kadar penggilapan dengan ketara.
● Pad Asperities
Tonjolan kasar pada permukaan pad adalah anjal untuk mengelakkan calar berlebihan yang tidak boleh diperbaiki pada wafer. Profil ketinggian permukaan mikroskopik pad biasanya mengikut taburan Gaussian atau eksponen.
Purata ketinggian asperities (Rpk) sangat mempengaruhi kadar penyingkiran bahan (MRR). Tanpa penyaman pad, MRR berkurangan dengan masa menggilap; jika Rpk dipulihkan dengan pelaziman, MRR kembali hampir kepada paras asalnya. Haus semasa menggilap dan pelapisan seterusnya menyebabkan perubahan berterusan dalam kekasaran pad sebenar. Variasi dalam kekasaran, diameter asperity dan taburan kekasaran secara langsung mempengaruhi MRR.
02 Sifat Bahan Pad Penggilap
Sifat fizikal dan kimia bahan pad mempengaruhi keadaan sentuhan dan daya sentuhan pada antara muka penggilap (pad buburan wafer), dengan itu mempengaruhi kadar penyingkiran bahan dan kekasaran permukaan wafer.
● Parameter Harta Mekanikal
Kekerasan dan modulus elastik adalah dua parameter mekanikal yang penting. Pad keras digunakan dalam peringkat penggilapan kasar di mana kadar penyingkiran yang tinggi diperlukan, tetapi kekerasan yang berlebihan boleh menyebabkan kerosakan permukaan dan penyingkiran bahan yang tidak seragam. Pad lembut biasanya digunakan dalam peringkat penggilap halus dengan keperluan kekasaran yang rendah. Pad dengan bahagian atas yang keras dan bahagian bawah yang lembut boleh meningkatkan keseragaman MRR, tetapi cenderung mempunyai zon pengecualian kelebihan yang lebih besar; sebaliknya, pad dengan bahagian atas yang lembut dan bahagian bawah yang keras boleh mengurangkan zon pengecualian tepi dan mencapai kualiti permukaan yang lebih baik.
● Ciri-ciri Kimia
Pad harus mempunyai kestabilan kimia dan hidrofilik yang baik. Poliuretana mempamerkan kesan ingatan bentuk, dengan kadar pemulihan bentuk meningkat dengan suhu.
Dalam pengeluaran pad CMP, tindak balas kimia terutamanya melibatkan poliol dan isosianat. Bahan mentah utama termasuk prapolimer, pemanjang/penyilang rantai, agen berbuih, pemangkin dan bahan tambahan berfungsi yang lain. Dengan mengawal kepekatan dan nisbah bahan tindak balas, pelbagai sifat bahan pad boleh dipertingkatkan. Kumpulan aktif dalam pad, seperti kumpulan hidroksil dan amida, juga memainkan peranan penting – mereka meningkatkan lapisan penyusunan semula bahan penggilap dan mengurangkan isu kualiti permukaan yang disebabkan oleh haus mekanikal. Selain itu, pengubahsuaian fizikal dan kimia bahan pad boleh meningkatkan prestasinya.
Tambahan pula, semasa CMP, permukaan pad mengalami beban dan daya ricih, menyebabkan asperities mengalami aliran plastik dan menjadi planar - fenomena yang dikenali sebagai kaca. Penyaman pad boleh memperbaiki kaca permukaan dan keliangan, mengekalkan prestasi penggilapan yang stabil.
Teknologi Penyaman untuk Menggilap Pad
Pada masa ini, teknik pelaziman konvensional terbahagi kepada dua kategori: bukan pelaziman diri dan pelaziman diri.
Teknologi Bukan Penyejuk Diri
Non-self-conditioning merujuk kepada penggunaan daya luaran untuk menanggalkan bahan pelelas, serpihan dan kekotoran lain dari permukaan pad, mendedahkan bahan pelelas segar dan mengekalkan keupayaan pemotongan semasa menggilap.
Penyaman almari berlian
Almari berlian terutamanya terdiri daripada pelelas berlian, pengikat, dan substrat. Pelelas berlian dipasang pada substrat dengan penyaduran elektrik, pematerian, pensinteran, atau pemendapan wap kimia. Prestasi penyamannya berkait rapat dengan keadaan permukaan pad dan dengan itu menjejaskan kualiti bahan kerja. Prinsipnya ialah berlian berdiameter besar pada almari pakaian secara paksa mengeluarkan zarah berlian yang kusam dari pengikat dan mengeluarkan lapisan berlapis dan serpihan, mendedahkan tepi pemotongan baharu pada pad.
Penyaman jet air tekanan tinggi
Teknik ini menggunakan daya ricih pancutan air untuk membasuh zarah-zarah pelelas yang longgar atau terikat dengan buruk dan juga memecahkan lapisan berlapis, menghilangkan kekotoran dan meningkatkan prestasi pad.
Teknologi Penyamanan Diri
Penyaman diri merujuk kepada kaedah yang membenarkan lapisan permukaan pad haus pada kadar yang sesuai supaya bahan pelelas dalam lapisan bawah permukaan terdedah secara berterusan semasa pemprosesan, mengekalkan keupayaan pemotongan yang berterusan. Kemunculan penyaman diri telah memperkenalkan pendekatan baharu kepada penyaman pad.
Penyaman diri menghapuskan langkah penyaman, mengelakkan kesan kehausan almari pada pad dan memanjangkan hayat pad. Contohnya, menambah bes organik, garam tak organik atau bahan kimia lain boleh meningkatkan penyaman diri; menggunakan prapolimer dengan kumpulan hidrofobik menyediakan tindakan mengawal kendiri semasa menggilap, menstabilkan proses dan mencegah pembengkakan air.