Jaké jsou metody leštění destiček?

Ze všech procesů spojených s vytvořením čipu je konečný osud čipuoplatkase nařezává na jednotlivé raznice a balí do malých uzavřených krabic s pouze několika odkrytými kolíky. Čip bude hodnocen na základě jeho prahových hodnot, odporu, proudu a napětí, ale nikdo nebude brát v úvahu jeho vzhled. Během výrobního procesu plátek opakovaně leštíme, abychom dosáhli potřebné planarizace, zejména pro každý krok fotolitografie. Theoplatkapovrch musí být extrémně plochý, protože jak se proces výroby čipu zmenšuje, čočka fotolitografického stroje potřebuje dosáhnout rozlišení v nanometrovém měřítku zvýšením numerické apertury (NA) čočky. To však současně snižuje hloubku ostrosti (DoF). Hloubka ostrosti označuje hloubku, ve které může optický systém udržet zaostření. Aby se zajistilo, že fotolitografický obraz zůstane čistý a zaostřený, povrchové variaceoplatkamusí spadat do hloubky ostrosti.

Jednoduše řečeno, fotolitografický stroj obětuje schopnost zaostřování, aby zlepšil přesnost zobrazení. Například nová generace fotolitografických strojů EUV má numerickou aperturu 0,55, ale vertikální hloubka ostrosti je pouze 45 nanometrů, s ještě menším optimálním zobrazovacím rozsahem během fotolitografie. Pokudoplatkanení plochý, má nestejnou tloušťku nebo zvlnění povrchu, způsobí problémy při fotolitografii ve vysokých a nízkých bodech.

Fotolitografie není jediný proces vyžadující hladký průběhoplatkapovrch. Mnoho dalších procesů výroby čipů také vyžaduje leštění plátků. Například po mokrém leptání je zapotřebí leštění k vyhlazení hrubého povrchu pro následné potažení a nanesení. Po mělké izolaci příkopu (STI) je nutné leštění, aby se vyhladil přebytečný oxid křemičitý a dokončilo se vyplnění příkopu. Po nanesení kovu je nutné leštění, aby se odstranily přebytečné kovové vrstvy a zabránilo se zkratům zařízení.

Zrození čipu proto zahrnuje četné leštící kroky, aby se snížila drsnost plátku a variace povrchu a aby se odstranil přebytečný materiál z povrchu. Kromě toho se povrchové defekty způsobené různými procesními problémy na plátku často projeví až po každém kroku leštění. Inženýři zodpovědní za leštění tedy nesou významnou odpovědnost. Jsou ústředními postavami v procesu výroby čipů a často nesou vinu na výrobních poradách. Musí být zběhlí jak v mokrém leptání, tak ve fyzickém výstupu, což jsou hlavní techniky leštění při výrobě třísek.

Jaké jsou metody leštění destiček?

Leštící procesy lze rozdělit do tří hlavních kategorií na základě principů interakce mezi leštící kapalinou a povrchem křemíkové destičky:

1. Metoda mechanického leštění:
Mechanické leštění odstraňuje výčnělky leštěného povrchu řezáním a plastickou deformací pro dosažení hladkého povrchu. Mezi běžné nástroje patří olejové kameny, vlněná kolečka a brusný papír, které se ovládají především ručně. Speciální díly, jako jsou povrchy rotačních těles, mohou využívat točny a další pomocné nástroje. Pro povrchy s vysokými požadavky na kvalitu lze použít metody superjemného leštění. Superjemné leštění využívá speciálně vyrobené brusné nástroje, které jsou v leštící kapalině obsahující abrazivo pevně přitlačeny k povrchu obrobku a rotují vysokou rychlostí. Touto technikou lze dosáhnout drsnosti povrchu Ra0,008μm, což je nejvyšší ze všech metod leštění. Tato metoda se běžně používá pro formy pro optické čočky.

2. Metoda chemického leštění:
Chemické leštění zahrnuje přednostní rozpouštění mikrovýčnělků na povrchu materiálu v chemickém médiu, což vede k hladkému povrchu. Hlavními výhodami této metody jsou absence složitého vybavení, schopnost leštit tvarově složité obrobky a schopnost leštit mnoho obrobků současně s vysokou účinností. Základním problémem chemického leštění je složení leštící kapaliny. Drsnost povrchu dosažená chemickým leštěním je typicky několik desítek mikrometrů.

3. Metoda chemicko-mechanického leštění (CMP):
Každá z prvních dvou metod leštění má své jedinečné výhody. Kombinací těchto dvou metod lze dosáhnout komplementárních efektů v procesu. Chemické mechanické leštění kombinuje procesy mechanického tření a chemické koroze. Během CMP chemická činidla v leštící kapalině oxidují leštěný podkladový materiál a vytvářejí měkkou vrstvu oxidu. Tato oxidová vrstva je pak odstraněna mechanickým třením. Opakováním tohoto procesu oxidace a mechanického odstranění se dosáhne účinného leštění.

Aktuální výzvy a problémy chemického mechanického leštění (CMP):

CMP čelí několika výzvám a problémům v oblastech technologie, ekonomiky a udržitelnosti životního prostředí:

1) Konzistence procesu: Dosažení vysoké konzistence v procesu CMP zůstává náročné. I v rámci stejné výrobní linky mohou drobné odchylky v parametrech procesu mezi různými šaržemi nebo zařízeními ovlivnit konzistenci konečného produktu.

2) Adaptabilita na nové materiály: Jak se stále objevují nové materiály, musí se technologie CMP přizpůsobit jejich vlastnostem. Některé pokročilé materiály nemusí být kompatibilní s tradičními procesy CMP, což vyžaduje vývoj přizpůsobivějších leštících kapalin a brusiv.

3) Vlivy velikosti: Jak se rozměry polovodičových zařízení stále zmenšují, problémy způsobené efekty velikosti se stávají významnějšími. Menší rozměry vyžadují vyšší rovinnost povrchu, což vyžaduje přesnější procesy CMP.

4) Řízení rychlosti úběru materiálu: V některých aplikacích je rozhodující přesné řízení rychlosti úběru materiálu pro různé materiály. Pro výrobu vysoce výkonných zařízení je nezbytné zajistit konzistentní rychlosti odstraňování napříč různými vrstvami během CMP.

5) Šetrnost k životnímu prostředí: Leštící kapaliny a abraziva používané v CMP mohou obsahovat složky škodlivé pro životní prostředí. Výzkum a vývoj ekologicky šetrnějších a udržitelnějších procesů a materiálů CMP jsou důležitou výzvou.

6) Inteligence a automatizace: Zatímco úroveň inteligence a automatizace systémů CMP se postupně zlepšuje, musí se stále vyrovnávat se složitým a variabilním produkčním prostředím. Dosažení vyšší úrovně automatizace a inteligentního monitorování pro zlepšení efektivity výroby je výzvou, kterou je třeba řešit.

7) Řízení nákladů: CMP zahrnuje vysoké náklady na vybavení a materiál. Výrobci potřebují zlepšit výkonnost procesu a zároveň se snažit snížit výrobní náklady, aby si udrželi konkurenceschopnost na trhu.