研磨工程
集積回路 (IC) 製造技術の継続的な発展に伴い、チップの形状サイズは小さくなり、相互接続層は増加し、ウェハの直径も増加し続けています。多層配線を実現するには、ウェーハ表面が極めて高い平坦性、平滑性、清浄度を備えている必要があります。化学機械研磨 (CMP) は現在最も効果的なウェーハ平坦化技術であり、フォトリソグラフィー、エッチング、イオン注入、PVD/CVD と並んで IC 製造の 5 つの主要な技術として知られています。
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）では、Low- 材料の破壊、引っかき傷、界面剥離などの問題が発生しやすくなります。超低圧CMP（<3.448 kPa) will be the main development direction of CMP equipment and technology in the future.
CMP プロセス中、研磨ヘッドは主に次の役割を果たします。 ① ウェーハに圧力を加える。 ② ウェーハを駆動して回転させ、トルクを伝達します。 ③ ウェーハと研磨パッドが常に密着しており、脱落や破片が無いことを確認してください。さらに、ハイエンド CMP 装置では、生産効率を向上させるために、研磨ヘッドが外部条件に依存せずに独自の構造でウェーハを保持できることが最適です。-
隔壁加圧研磨ヘッドはCMP装置技術のレベルを測る重要な要素です。それによると、中心となるアイデアはプレストン モデルから来ています。 CHENらの研究によると、研磨ヘッドの分割数が多いほど、材料の除去速度を調整する能力が強くなります。しかし、パーティションの数が増えるほど構造が複雑になり、研究開発の難易度が高まります。研磨ヘッドの各領域のサイズ分割には特別な要件はなく、均等に分割することも、研磨ヘッドの実際の内部構造に基づいて分割することもできる。
回転中のウェーハの飛び出しを防ぐため、研磨ヘッドには止め輪構造が必要です。 CMP技術の開発においては、固定式止め輪とフローティング式止め輪の2種類の止め輪が存在しました。固定リテーナリングではエッジ効果を回避できないため、現在の主流の CMP 装置ではフローティングリテーナリングが採用されています。フローティングリテーナリングに異なる圧力を加えることで、ウェーハと研磨パッドの接触状態を調整し、エッジ効果を効果的に改善します。
リテーナリングと研磨パッド間の密着性により、研磨液をウェーハと研磨パッドの界面にスムーズに導くために、リテーナリングの底部に一連の溝を設計する必要があります。さらに、寿命を延ばすために、止め輪はポリフェニレンサルファイド (PPS) やポリエーテルエーテルケトン (PEEK) などの高強度、耐腐食性、耐摩耗性の高い素材で作る必要があります。{{1}
前述したように、研磨ヘッドの重要な機能の 1 つは、ウェーハをクランプし、ロードおよびアンロード ステーションと研磨ステーションの間で高速かつ信頼性の高い搬送を実現することです。 CMP 技術の発展においては、機械的クランプ、パラフィン結合、真空吸引カップなどのさまざまなクランプ方法が登場してきましたが、これらの方法は効率、信頼性、清浄度の点でハイエンド CMP 装置の要件を満たすことができなくなりました。-マルチゾーン研磨ヘッドは、真空吸着方式を使用してウェーハをクランプします。その基本原理を図 2 に示します。まず、マルチゾーン エアバッグに正圧を加えて、エアバッグとウェーハの間の空気を押し出します。次に、エアバッグの異なるゾーンの正圧と負圧の組み合わせ制御を使用して、エアバッグとウェーハの間に負圧ゾーンを形成し、ウェーハを研磨ヘッドにしっかりと取り付けます。この方法は、研磨ヘッド自体のマルチゾーン エアバッグ構造を最大限に活用しており、高速で信頼性が高く、汚染がないという利点があります。-
圧力制御システムは、空気圧によって研磨ヘッドの圧力を制御します。その主な機能は次のとおりです。 ① ウェーハおよび保持リングに圧力を負荷します。 ② 研磨ヘッドに負圧を加えてウェーハをクランプします。 ③ 各室に空気漏れがないか確認してください。マルチゾーン研磨ヘッドの圧力制御原理を図 3 に示します。研磨ヘッド空気回路の主なコンポーネントには、空気源、減圧弁、電気比例弁、真空発生器、真空圧力調整弁、2 位置三方弁、2 位置二方弁、および圧力センサーが含まれます。研磨ヘッドには 5 つの圧力室 (Z1-Z5) があり、それぞれに正圧の印加、負圧の排出、大気への排気、リーク検出などの機能があります。正圧は完全閉ループ システムによって制御されます。
