Η χημική μηχανική στίλβωση (CMP) είναι η μόνη βασική τεχνολογία που μπορεί να επιτύχει επιπεδοποίηση επιφάνειας πλακιδίων, ικανή να μειώσει την τραχύτητα της επιφάνειας σε επίπεδο υπονανομέτρων. Η βασική αρχή της CMP είναι ότι ο πολτός αντιδρά χημικά με την επιφάνεια του πλακιδίου για να σχηματίσει ένα μαλακωμένο στρώμα, το οποίο στη συνέχεια αφαιρείται με μηχανική τριβή, αφαίρεση υλικού και επιπεδοποίηση της επιφάνειας του πλακιδίου.
Τα δομικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας (τραχύτητα, σχέδιο αυλάκωσης, κ.λπ.) και οι ιδιότητες του υλικού (σκληρότητα, συντελεστής ελαστικότητας, κ.λπ.) του επιθέματος στίλβωσης είναι σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν το CMP. Το επίθεμα γυαλίσματος επηρεάζει άμεσα τα αποτελέσματα γυαλίσματος της γκοφρέτας.
01 Επιφανειακά δομικά χαρακτηριστικά του επιθέματος στίλβωσης
● Επιφανειακή Μικροτοπογραφία του Επιθέματος Στίλβωσης
Τα επιθέματα γυαλίσματος είναι συνήθως γεμάτα μικροπόρους στην επιφάνεια, οι οποίοι μπορούν να αποθηκεύσουν και να μεταφέρουν πολτό και λειαντικά σωματίδια, να αντισταθούν στη χημική επίθεση από τον πολτό και να αφαιρέσουν αμέσως τα υποπροϊόντα στίλβωσης, επηρεάζοντας έτσι την αφαίρεση του υλικού.
Με βάση τα δομικά χαρακτηριστικά, τα κύρια εμπορικά επιθέματα γυαλίσματος ταξινομούνται σε τρεις τύπους: τύπου πλέγματος (πανί απόσβεσης), τύπου ινών (συνθετικό δέρμα) και μικροπορώδους τύπου (πολυουρεθάνη). Σε σύγκριση με τα άλλα δύο, το πλέγμα έχει καλύτερη συμπιεστότητα και ικανότητα μεταφοράς πολτού και η χαμηλότερη σκληρότητά του το καθιστά λιγότερο πιθανό να προκαλέσει γρατσουνιές κατά τη διάρκεια της λεπτής στίλβωσης. Οι τύποι ινών και πολυουρεθάνης, λόγω της ειδικής σκληρότητας και δομής τους, χρησιμοποιούνται κυρίως για τραχιά στίλβωση και στίλβωση μη μεταλλικών υλικών.
Η γεωμετρία και η κατανομή των μικροπόρων επηρεάζουν την επιφανειακή αντοχή και την πυκνότητα του μαξιλαριού. Τα χαρακτηριστικά πορώδους και πυκνότητας αντικατοπτρίζονται κυρίως από την αναλογία Poisson (ν). Η επιφανειακή αντοχή μειώνεται με την αύξηση του πορώδους. Οι μεγαλύτερες διάμετροι πόρων βελτιώνουν την ικανότητα μεταφοράς, αλλά οι υπερβολικά μεγάλοι πόροι μπορούν να μειώσουν την πυκνότητα και τη δύναμη των μαξιλαριών.
Οι αλλαγές στο μέγεθος και τη δομή των μικροπόρων επηρεάζουν επίσης την απόδοση στίλβωσης. Η βελτιστοποίηση της δομής των μικροπόρων μπορεί να βελτιώσει την κατάσταση επαφής μεταξύ του μαξιλαριού και της γκοφρέτας. Η διερεύνηση της συνεργιστικής σχέσης μεταξύ της μηχανικής φόρτισης στη διεπιφάνεια και των χημικών αντιδράσεων του πολτού μπορεί να ελέγξει καλύτερα τον ρυθμό αφαίρεσης υλικού CMP.
● Υφές Surface Groove του επιθέματος στίλβωσης
Η αυλάκωση στην επιφάνεια του μαξιλαριού εξυπηρετεί δύο σκοπούς: από τη μία πλευρά, ενισχύει την ικανότητα του μαξιλαριού να αποθηκεύει και να μεταφέρει πολτό, βελτιώνοντας τη ροή του πολτού. Αφετέρου, τροποποιεί τον συντελεστή τριβής και τη διατμητική τάση στην επιφάνεια του ταμπόν. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τυπικές αυλακώσεις των μαξιλαριών της σειράς IC που κατασκευάζονται από την Rohm Haas, οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία ημιαγωγών. Συγκρίνοντας το IC1010 με το IC1000, το IC1010 έχει βαθύτερες και πυκνότερες αυλακώσεις, με αποτέλεσμα ισχυρότερη μηχανική δράση από αδιαβροχοποίηση και λειαντικά σωματίδια, καθώς και ισχυρότερη χημική δράση, οδηγώντας σε υψηλότερη ικανότητα αφαίρεσης υλικού.
Τα κοινά μοτίβα αυλακώσεων περιλαμβάνουν ακτινωτούς, δικτυωτούς, δακτυλιοειδείς και σπειροειδείς λογαριθμικούς τύπους. Στο παρακάτω σχήμα, το (a)-(d) αντιπροσωπεύει τα μαξιλαράκια ενός μοτίβου, ενώ το (e)-(g) είναι τα μαξιλάρια σύνθετου σχεδίου. Τα σύνθετα τακάκια έχουν γενικά καλύτερη απόδοση από τα μαξιλαράκια ενός σχεδίου και τα αρνητικά σπειροειδώς λογαριθμικά τακάκια μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά τον ρυθμό στίλβωσης.
● Pad Asperities
Οι τραχιές προεξοχές στην επιφάνεια του μαξιλαριού είναι ελαστικές για να μην προκαλούνται υπερβολικές ανεπανόρθωτες γρατσουνιές στη γκοφρέτα. Το μικροσκοπικό προφίλ ύψους επιφάνειας του μαξιλαριού τυπικά ακολουθεί μια Gaussian ή εκθετική κατανομή.
Το μέσο ύψος ασπεροτήτων (Rpk) επηρεάζει έντονα τον ρυθμό αφαίρεσης υλικού (MRR). Χωρίς ρύθμιση μαξιλαριού, το MRR μειώνεται με το χρόνο στίλβωσης. Εάν το Rpk αποκατασταθεί με ρύθμιση, το MRR επιστρέφει κοντά στο αρχικό του επίπεδο. Η φθορά κατά τη διάρκεια του γυαλίσματος και η επακόλουθη προετοιμασία προκαλούν συνεχείς αλλαγές στην πραγματική τραχύτητα του μαξιλαριού. Οι διακυμάνσεις στην τραχύτητα, τη διάμετρο της αδρότητας και την κατανομή της τραχύτητας επηρεάζουν άμεσα το MRR.
02 Ιδιότητες υλικού του επιθέματος στίλβωσης
Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του υλικού του μαξιλαριού επηρεάζουν την κατάσταση επαφής και τη δύναμη επαφής στη διεπαφή στίλβωσης (wafer-slurry-pad), επηρεάζοντας έτσι τον ρυθμό αφαίρεσης υλικού και την τραχύτητα της επιφάνειας του πλακιδίου.
● Παράμετροι Μηχανικής Ιδιότητας
Η σκληρότητα και το μέτρο ελαστικότητας είναι δύο σημαντικές μηχανικές παράμετροι. Τα σκληρά επιθέματα χρησιμοποιούνται σε τραχιά στάδια στίλβωσης όπου απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί αφαίρεσης, αλλά η υπερβολική σκληρότητα μπορεί να προκαλέσει ζημιά στην επιφάνεια και ανομοιόμορφη αφαίρεση υλικού. Τα μαλακά επιθέματα χρησιμοποιούνται γενικά σε στάδια λεπτής στίλβωσης με χαμηλές απαιτήσεις τραχύτητας. Ένα επίθεμα με σκληρό επάνω μέρος και μαλακό κάτω μέρος μπορεί να βελτιώσει την ομοιομορφία του MRR, αλλά τείνει να έχει μεγαλύτερη ζώνη αποκλεισμού άκρων. Αντίθετα, ένα μαξιλαράκι με μαλακή κορυφή και σκληρό κάτω μέρος μπορεί να μειώσει τη ζώνη αποκλεισμού άκρων και να επιτύχει καλύτερη ποιότητα επιφάνειας.
● Χημικά Χαρακτηριστικά
Το επίθεμα πρέπει να έχει καλή χημική σταθερότητα και υδροφιλία. Η πολυουρεθάνη επιδεικνύει ένα φαινόμενο μνήμης σχήματος, με τον ρυθμό ανάκτησης σχήματος να αυξάνεται με τη θερμοκρασία.
Στην παραγωγή επιθέματος CMP, οι χημικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν κυρίως πολυόλες και ισοκυανικά. Οι κύριες πρώτες ύλες περιλαμβάνουν προπολυμερή, επεκτατικά αλυσίδων/διασταυρούμενων δεσμών, αφριστικούς παράγοντες, καταλύτες και άλλα λειτουργικά πρόσθετα. Με τον έλεγχο των συγκεντρώσεων και των αναλογιών των αντιδραστηρίων, μπορούν να βελτιωθούν διάφορες ιδιότητες υλικού του ταμπόν. Οι ενεργές ομάδες στο μαξιλάρι, όπως οι ομάδες υδροξυλίου και αμιδίου, παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο – ενισχύουν το στρώμα επανααπόθεσης των γυαλιστικών υλικών και μετριάζουν τα προβλήματα ποιότητας της επιφάνειας που προκαλούνται από τη μηχανική φθορά. Επιπλέον, η φυσική και χημική τροποποίηση του υλικού του μαξιλαριού μπορεί να βελτιώσει την απόδοσή του.
Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της CMP, η επιφάνεια του μαξιλαριού υπόκειται σε δυνάμεις φορτίου και διάτμησης, με αποτέλεσμα τα αξεσουάρ να υποστούν πλαστική ροή και να γίνουν επίπεδα – ένα φαινόμενο γνωστό ως υαλοπίνακες. Το μαλακτικό μαξιλάρι μπορεί να βελτιώσει τους υαλοπίνακες και το πορώδες της επιφάνειας, διατηρώντας σταθερή απόδοση στίλβωσης.
Τεχνολογίες κλιματισμού για τακάκια στίλβωσης
Επί του παρόντος, οι συμβατικές τεχνικές προετοιμασίας εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: μη αυτο-ρυθμιστική και αυτο-ρυθμιστική.
Τεχνολογίες μη αυτόνομης ρύθμισης
Η μη αυτορυθμιζόμενη αναφέρεται στη χρήση εξωτερικών δυνάμεων για την αφαίρεση φθαρμένων λειαντικών, συντριμμιών και άλλων ακαθαρσιών από την επιφάνεια του μαξιλαριού, εκθέτοντας φρέσκα λειαντικά και διατηρώντας την ικανότητα κοπής κατά τη στίλβωση.
Κλιματισμός κομοδίνα με διαμάντια
Ένα κομμό διαμαντιών αποτελείται κυρίως από λειαντικά διαμαντιών, ένα συνδετικό υλικό και ένα υπόστρωμα. Τα λειαντικά διαμαντιών στερεώνονται στο υπόστρωμα με ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, συγκόλληση, πυροσυσσωμάτωση ή εναπόθεση χημικών ατμών. Η απόδοση προετοιμασίας του είναι στενά συνδεδεμένη με την κατάσταση της επιφάνειας του μαξιλαριού και επομένως επηρεάζει την ποιότητα του τεμαχίου εργασίας. Η αρχή είναι ότι τα διαμάντια μεγάλης διαμέτρου στη συρταριέρα απομακρύνουν βίαια τα θαμπά σωματίδια διαμαντιού από το συνδετικό υλικό και αφαιρούν το τζάμι και τα υπολείμματα, εκθέτοντας νέες κοπτικές άκρες στο μαξιλάρι.
Κλιματισμός υψηλής πίεσης με πίδακα νερού
Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί τη δύναμη διάτμησης ενός πίδακα νερού για να ξεπλύνει χαλαρά ή κακώς συνδεδεμένα λειαντικά σωματίδια και επίσης σπάει το τζάμι, αφαιρώντας ακαθαρσίες και βελτιώνοντας την απόδοση του ταμπόν.
Τεχνολογίες Αυτο-Κλιματισμού
Η αυτορρύθμιση αναφέρεται σε μεθόδους που επιτρέπουν στο επιφανειακό στρώμα του μαξιλαριού να φθείρεται με τον κατάλληλο ρυθμό, έτσι ώστε τα λειαντικά στο υποεπιφανειακό στρώμα να εκτίθενται συνεχώς κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, διατηρώντας τη σταθερή ικανότητα κοπής. Η εμφάνιση της αυτο-ρυθμιστικής κατάστασης έχει εισαγάγει νέες προσεγγίσεις στη ρύθμιση μαξιλαριών.
Η αυτόνομη ρύθμιση εξαλείφει το βήμα προετοιμασίας, αποφεύγει την επίδραση της φθοράς του συρταριέρα στο μαξιλάρι και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του μαξιλαριού. Για παράδειγμα, η προσθήκη οργανικών βάσεων, ανόργανων αλάτων ή άλλων χημικών ουσιών μπορεί να ενισχύσει την αυτο-ρυθμιζόμενη. Η χρήση προπολυμερών με υδρόφοβες ομάδες παρέχει αυτορυθμιζόμενη δράση κατά τη στίλβωση, σταθεροποιώντας τη διαδικασία και αποτρέποντας τη διόγκωση του νερού.