روش های پولیش ویفر چیست؟

از بین تمام فرآیندهای درگیر در ایجاد یک تراشه، سرنوشت نهایی تراشه استویفرباید به قالب های جداگانه بریده شود و در جعبه های کوچک بسته بندی شود که فقط چند پین در آن باز باشد. تراشه بر اساس مقادیر آستانه، مقاومت، جریان و ولتاژ آن ارزیابی می شود، اما هیچ کس ظاهر آن را در نظر نخواهد گرفت. در طول فرآیند تولید، ویفر را به طور مکرر صیقل می دهیم تا به سطح بندی لازم، به خصوص برای هر مرحله فوتولیتوگرافی دست یابیم. اینویفرسطح باید بسیار مسطح باشد زیرا با کوچک شدن فرآیند تولید تراشه، لنز دستگاه فوتولیتوگرافی باید با افزایش دیافراگم عددی (NA) لنز به وضوح در مقیاس نانومتر دست یابد. با این حال، این به طور همزمان عمق فوکوس (DoF) را کاهش می دهد. عمق فوکوس به عمقی اطلاق می شود که سیستم نوری می تواند فوکوس را در آن حفظ کند. برای اطمینان از اینکه تصویر فوتولیتوگرافی واضح و در فوکوس باقی می ماند، تغییرات سطحی ازویفرباید در عمق تمرکز قرار گیرد.

به زبان ساده، دستگاه فوتولیتوگرافی توانایی فوکوس را برای بهبود دقت تصویربرداری قربانی می کند. به عنوان مثال، دستگاه‌های فوتولیتوگرافی نسل جدید EUV دارای دیافراگم عددی 0.55 هستند، اما عمق فوکوس عمودی تنها 45 نانومتر است، با محدوده تصویربرداری بهینه حتی کوچک‌تر در حین فوتولیتوگرافی. اگرویفرمسطح نیست، ضخامت ناهموار یا موج های سطحی ندارد، در حین فتولیتوگرافی در نقاط بالا و پایین باعث ایجاد مشکلاتی می شود.

فتولیتوگرافی تنها فرآیندی نیست که نیاز به صافی داردویفرسطح بسیاری از فرآیندهای دیگر تولید تراشه نیز نیاز به پرداخت ویفر دارند. به عنوان مثال، پس از حکاکی مرطوب، پولیش برای صاف کردن سطح ناهموار برای پوشش و رسوب بعدی مورد نیاز است. پس از جداسازی ترانشه کم عمق (STI)، پولیش برای صاف کردن دی اکسید سیلیکون اضافی و تکمیل پر کردن ترانشه مورد نیاز است. پس از رسوب فلز، پولیش برای حذف لایه های فلزی اضافی و جلوگیری از اتصال کوتاه دستگاه مورد نیاز است.

بنابراین، تولد یک تراشه شامل مراحل متعدد پولیش برای کاهش زبری و تغییرات سطح ویفر و حذف مواد اضافی از سطح است. علاوه بر این، عیوب سطح ناشی از مسائل مختلف فرآیند روی ویفر اغلب تنها پس از هر مرحله پرداخت آشکار می شود. بنابراین، مهندسان مسئول پرداخت مسئولیت قابل توجهی دارند. آنها شخصیت های اصلی در فرآیند تولید تراشه هستند و اغلب در جلسات تولید مقصر هستند. آنها باید هم در حکاکی مرطوب و هم در خروجی فیزیکی، به عنوان تکنیک های اصلی پرداخت در تولید تراشه، مهارت داشته باشند.

روش های پولیش ویفر چیست؟

فرآیندهای پرداخت را می توان بر اساس اصول تعامل بین مایع پولیش و سطح ویفر سیلیکونی به سه دسته عمده طبقه بندی کرد:

1. روش پرداخت مکانیکی:
پولیش مکانیکی برجستگی های سطح صیقلی را از طریق برش و تغییر شکل پلاستیک حذف می کند تا سطح صافی حاصل شود. ابزار متداول شامل سنگ های نفتی، چرخ های پشمی و کاغذ سنباده است که عمدتاً با دست کار می کنند. قطعات ویژه مانند سطوح اجسام دوار می توانند از میزهای گردان و سایر ابزارهای کمکی استفاده کنند. برای سطوحی که نیازهای کیفی بالایی دارند، می توان از روش های پولیش فوق العاده ریز استفاده کرد. پولیش فوق ریز از ابزارهای ساینده مخصوص ساخته شده استفاده می کند که در یک مایع پولیش حاوی مواد ساینده، محکم روی سطح قطعه کار فشرده شده و با سرعت بالا می چرخند. این روش می‌تواند به زبری سطح Ra0.008μm دست یابد که بالاترین میزان در بین تمام روش‌های پرداخت است. این روش معمولا برای قالب های لنز نوری استفاده می شود.

2. روش پرداخت شیمیایی:
پولیش شیمیایی شامل انحلال ترجیحی ریز برآمدگی های روی سطح مواد در یک محیط شیمیایی است که در نتیجه یک سطح صاف ایجاد می شود. از مزایای اصلی این روش می توان به عدم نیاز به تجهیزات پیچیده، قابلیت پرداخت قطعات پیچیده شکل و قابلیت پرداخت همزمان بسیاری از قطعات کار با راندمان بالا اشاره کرد. موضوع اصلی پولیش شیمیایی، فرمولاسیون مایع پولیش است. زبری سطح حاصل از پرداخت شیمیایی معمولاً چند ده میکرومتر است.

3. روش پرداخت مکانیکی شیمیایی (CMP):
هر یک از دو روش اول پولیش مزایای منحصر به فرد خود را دارد. ترکیب این دو روش می تواند به اثرات تکمیلی در فرآیند دست یابد. پرداخت مکانیکی شیمیایی فرآیندهای اصطکاک مکانیکی و خوردگی شیمیایی را ترکیب می کند. در طول CMP، معرف های شیمیایی موجود در مایع پولیش، مواد بستر صیقلی را اکسید می کنند و یک لایه اکسید نرم را تشکیل می دهند. سپس این لایه اکسید از طریق اصطکاک مکانیکی حذف می شود. تکرار این فرآیند اکسیداسیون و حذف مکانیکی باعث پرداخت موثر می شود.

چالش ها و مسائل فعلی در پرداخت مکانیکی شیمیایی (CMP):

CMP با چالش‌ها و مسائل متعددی در زمینه‌های فناوری، اقتصاد و پایداری محیط‌زیست مواجه است:

1) ثبات فرآیند: دستیابی به ثبات بالا در فرآیند CMP همچنان چالش برانگیز است. حتی در یک خط تولید، تغییرات جزئی در پارامترهای فرآیند بین دسته‌ها یا تجهیزات مختلف می‌تواند بر قوام محصول نهایی تأثیر بگذارد.

2) سازگاری با مواد جدید: با ادامه ظهور مواد جدید، فناوری CMP باید با ویژگی های آنها سازگار شود. برخی از مواد پیشرفته ممکن است با فرآیندهای سنتی CMP سازگار نباشند، و نیاز به توسعه مایعات و ساینده های صیقل دهنده سازگارتر دارند.

3) اثرات اندازه: با ادامه کوچک شدن ابعاد دستگاه نیمه هادی، مسائل ناشی از اثرات اندازه مهم تر می شوند. ابعاد کوچکتر مستلزم صافی سطح بالاتر است که نیاز به فرآیندهای CMP دقیق تری دارد.

4) کنترل نرخ حذف مواد: در برخی از کاربردها، کنترل دقیق میزان حذف مواد برای مواد مختلف بسیار مهم است. اطمینان از نرخ حذف ثابت در لایه‌های مختلف در طول CMP برای ساخت دستگاه‌های با کارایی بالا ضروری است.

5) سازگاری با محیط زیست: مایعات صیقل دهنده و ساینده های مورد استفاده در CMP ممکن است حاوی اجزای مضر برای محیط زیست باشند. تحقیق و توسعه فرآیندها و مواد CMP سازگار با محیط زیست و پایدار، چالش های مهمی هستند.

6) هوشمندی و اتوماسیون: در حالی که سطح هوشمندی و اتوماسیون سیستم های CMP به تدریج در حال بهبود است، آنها همچنان باید با محیط های تولید پیچیده و متغیر کنار بیایند. دستیابی به سطوح بالاتر اتوماسیون و نظارت هوشمند برای بهبود کارایی تولید چالشی است که باید به آن پرداخته شود.

7) کنترل هزینه: CMP شامل هزینه های بالای تجهیزات و مواد است. تولیدکنندگان باید ضمن تلاش برای کاهش هزینه های تولید برای حفظ رقابت در بازار، عملکرد فرآیند را بهبود بخشند.