อย่าปล่อยให้ "ลักษณะพื้นผิว" ของแผ่นขัดเงามากระทบต่อผลผลิตชิปของคุณ – ดูประเด็นสำคัญเหล่านี้!

การขัดเงาเชิงกลด้วยสารเคมี (CMP) เป็นเทคโนโลยีหลักเดียวที่สามารถบรรลุการจัดระนาบพื้นผิวเวเฟอร์ ซึ่งสามารถลดความหยาบของพื้นผิวลงถึงระดับต่ำกว่านาโนเมตรได้ หลักการพื้นฐานของ CMP คือสารละลายจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวเวเฟอร์เพื่อสร้างชั้นที่นิ่มลง ซึ่งจะถูกกำจัดออกโดยการเสียดสีทางกล การกำจัดวัสดุ และการจัดระนาบของพื้นผิวเวเฟอร์

ลักษณะโครงสร้างพื้นผิว (ความหยาบ รูปแบบร่อง ฯลฯ) และคุณสมบัติของวัสดุ (ความแข็ง โมดูลัสยืดหยุ่น ฯลฯ) ของแผ่นขัดเงาเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อ CMP แผ่นขัดเงามีผลโดยตรงต่อผลลัพธ์การขัดเงาของแผ่นเวเฟอร์

01 ลักษณะโครงสร้างพื้นผิวของแผ่นขัดเงา

● พื้นผิวไมโครภูมิประเทศของแผ่นขัดเงา

แผ่นขัดมักจะเต็มไปด้วยไมโครรูขุมขนบนพื้นผิว ซึ่งสามารถจัดเก็บและขนส่งสารละลายและอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ต้านทานการโจมตีทางเคมีจากสารละลาย และกำจัดผลพลอยได้จากการขัดออกทันที ซึ่งส่งผลต่อการกำจัดวัสดุ

ตามคุณสมบัติทางโครงสร้าง แผ่นขัดเงาเชิงพาณิชย์ทั่วไปแบ่งออกเป็นสามประเภท: ประเภทตาข่าย (ผ้าหมาด) ประเภทไฟเบอร์ (หนังสังเคราะห์) และประเภทพรุนขนาดเล็ก (โพลียูรีเทน) เมื่อเปรียบเทียบกับอีกสองแผ่น แผ่นตาข่ายมีความสามารถในการอัดและอุ้มของเหลวได้ดีกว่า และความแข็งที่ต่ำกว่าทำให้มีโอกาสเกิดรอยขีดข่วนน้อยลงในระหว่างการขัดเงาแบบละเอียด เนื่องจากความแข็งและโครงสร้างเฉพาะประเภทไฟเบอร์และโพลียูรีเทน ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการขัดหยาบและการขัดเงาวัสดุอโลหะ

รูปทรงและการกระจายตัวของไมโครรูขุมขนส่งผลต่อความแข็งแรงของพื้นผิวและความหนาแน่นของแผ่น ลักษณะความพรุนและความหนาแน่นส่วนใหญ่สะท้อนโดยอัตราส่วนของปัวซอง (ν) ความแข็งแรงของพื้นผิวลดลงตามความพรุนที่เพิ่มขึ้น เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนที่ใหญ่ขึ้นช่วยเพิ่มความสามารถในการขนส่ง แต่รูพรุนที่ใหญ่เกินไปสามารถลดความหนาแน่นและความแข็งแรงของแผ่นอิเล็กโทรดได้

การเปลี่ยนแปลงขนาดและโครงสร้างของไมโครพอร์ยังส่งผลต่อประสิทธิภาพการขัดเงาด้วย การปรับโครงสร้างไมโครพอร์ให้เหมาะสมสามารถปรับปรุงสถานะการสัมผัสระหว่างแผ่นและแผ่นเวเฟอร์ได้ การสำรวจความสัมพันธ์ที่เสริมฤทธิ์กันระหว่างการโหลดเชิงกลที่ส่วนต่อประสานกับปฏิกิริยาทางเคมีของสารละลายจะสามารถควบคุมอัตราการกำจัดวัสดุ CMP ได้ดีขึ้น

● พื้นผิวร่องของแผ่นขัดเงา

การเซาะร่องบนพื้นผิวแผ่นมีจุดประสงค์สองประการ ในด้านหนึ่ง จะช่วยเพิ่มความสามารถของแผ่นในการเก็บและขนส่งสารละลาย ปรับปรุงการไหลของสารละลาย ในทางกลับกัน จะปรับเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีและความเค้นเฉือนบนพื้นผิวแผ่น ตารางด้านล่างแสดงร่องทั่วไปของแผ่นซีรีส์ IC ที่ผลิตโดย Rohm Haas ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อเปรียบเทียบ IC1010 กับ IC1000 แล้ว IC1010 มีร่องที่ลึกและหนาแน่นกว่า ส่งผลให้มีการทำงานเชิงกลที่แข็งแกร่งขึ้นจากการสึกหรอของแผ่นยางและอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมถึงปฏิกิริยาทางเคมีที่แข็งแกร่งขึ้น ส่งผลให้มีความสามารถในการกำจัดวัสดุที่สูงขึ้น

รูปแบบร่องทั่วไป ได้แก่ ประเภทลอการิทึมแนวรัศมี ตารางกริด วงแหวน และเกลียว ในรูปด้านล่าง (a)-(d) หมายถึงแผ่นอิเล็กโทรดรูปแบบเดียว ในขณะที่ (e)-(g) คือแผ่นอิเล็กโทรดที่มีรูปแบบคอมโพสิต โดยทั่วไปแผ่นคอมโพสิตจะทำงานได้ดีกว่าแผ่นแบบเดี่ยว และแผ่นลอการิทึมเกลียวลบสามารถปรับปรุงอัตราการขัดเงาได้อย่างมาก

● แพด Asperities

ส่วนที่ยื่นออกมาหยาบๆ บนพื้นผิวของแผ่นมีความยืดหยุ่น เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดรอยขีดข่วนบนแผ่นเวเฟอร์จนไม่อาจซ่อมแซมได้ โปรไฟล์ความสูงพื้นผิวระดับจุลภาคของแผ่นโดยทั่วไปเป็นไปตามการกระจายแบบเกาส์เซียนหรือแบบเอกซ์โปเนนเชียล

ความสูงเฉลี่ยของความไม่แน่นอน (Rpk) ส่งผลอย่างมากต่ออัตราการขจัดวัสดุ (MRR) หากไม่มีการปรับสภาพแผ่น MRR จะลดลงตามระยะเวลาการขัดเงา หาก Rpk ถูกกู้คืนโดยการปรับสภาพ MRR จะกลับสู่ระดับใกล้ระดับเดิม การสึกหรอระหว่างการขัดเงาและการปรับสภาพในภายหลังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหยาบของแผ่นขัดจริงอย่างต่อเนื่อง ความแปรผันของความหยาบ เส้นผ่านศูนย์กลางความไม่แน่นอน และการกระจายความหยาบส่งผลโดยตรงต่อ MRR

02 คุณสมบัติของวัสดุของแผ่นขัดเงา

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของวัสดุแผ่นส่งผลต่อสถานะสัมผัสและแรงสัมผัสที่ส่วนต่อประสานการขัด (แผ่นเวเฟอร์-สเลอรี-แผ่น) ซึ่งส่งผลต่ออัตราการขจัดวัสดุและความหยาบของพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์

● พารามิเตอร์คุณสมบัติทางกล

โมดูลัสความแข็งและความยืดหยุ่นเป็นพารามิเตอร์ทางกลที่สำคัญสองประการ แผ่นแข็งใช้ในขั้นตอนการขัดหยาบซึ่งต้องใช้อัตราการขจัดเศษสูง แต่ความแข็งที่มากเกินไปอาจทำให้พื้นผิวเสียหายและการขจัดวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอ โดยทั่วไปจะใช้แผ่นนุ่มในขั้นตอนการขัดละเอียดที่มีความต้องการความหยาบต่ำ แผ่นรองที่มีด้านบนแข็งและด้านล่างนุ่มสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของ MRR ได้ แต่มีแนวโน้มที่จะมีโซนแยกขอบที่ใหญ่กว่า ในทางกลับกัน แผ่นที่มีด้านบนและด้านล่างแข็งสามารถลดเขตการยกเว้นขอบและให้คุณภาพพื้นผิวที่ดีขึ้นได้

● ลักษณะทางเคมี

แผ่นควรมีความคงตัวทางเคมีและความสามารถในการละลายน้ำได้ดี โพลียูรีเทนมีเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปทรง โดยอัตราการคืนรูปทรงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ

ในการผลิตแผ่น CMP ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับโพลิออลและไอโซไซยาเนต วัตถุดิบหลัก ได้แก่ พรีโพลีเมอร์ สารขยายโซ่/ตัวเชื่อมโยงข้าม สารทำให้เกิดฟอง ตัวเร่งปฏิกิริยา และสารเติมแต่งเชิงฟังก์ชันอื่นๆ ด้วยการควบคุมความเข้มข้นและอัตราส่วนของสารตั้งต้น จึงสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุต่างๆ ของแผ่นได้ กลุ่มที่ทำงานอยู่ในแผ่นขัด เช่น กลุ่มไฮดรอกซิลและเอไมด์ ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน โดยเพิ่มชั้นการสะสมใหม่ของวัสดุขัดเงา และลดปัญหาคุณภาพพื้นผิวที่เกิดจากการสึกหรอทางกล นอกจากนี้ การปรับเปลี่ยนทางกายภาพและทางเคมีของวัสดุแผ่นยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพได้อีกด้วย

นอกจากนี้ ในระหว่าง CMP พื้นผิวของแผ่นจะรับภาระและแรงเฉือน ส่งผลให้ความไม่สม่ำเสมอเกิดการไหลของพลาสติกและกลายเป็นระนาบ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่ากระจก การปรับสภาพแผ่นสามารถปรับปรุงการเคลือบพื้นผิวและความพรุน โดยรักษาประสิทธิภาพการขัดเงาให้คงที่

เทคโนโลยีการปรับสภาพสำหรับแผ่นขัดเงา

ปัจจุบัน เทคนิคการปรับสภาพแบบทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภท: การไม่ปรับสภาพด้วยตนเอง และการปรับสภาพด้วยตนเอง

เทคโนโลยีที่ไม่ปรับสภาพตัวเอง

การไม่ปรับสภาพด้วยตนเองหมายถึงการใช้แรงภายนอกเพื่อขจัดสารกัดกร่อนที่สึกหรอ เศษซาก และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ออกจากพื้นผิวแผ่นขัด เผยให้เห็นสารขัดถูสด ๆ และรักษาความสามารถในการตัดระหว่างการขัดเงา

ไดมอนด์เดรสเซอร์คอนดิชั่นนิ่ง
เครื่องแต่งเพชรส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารขัดถูเพชร สารยึดเกาะ และสารตั้งต้น สารขัดถูเพชรได้รับการแก้ไขบนพื้นผิวโดยการชุบด้วยไฟฟ้า การประสาน การเผาผนึก หรือการสะสมไอสารเคมี ประสิทธิภาพการปรับสภาพมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสภาพพื้นผิวของแผ่นขัด และส่งผลต่อคุณภาพของชิ้นงาน หลักการก็คือเพชรที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่บนเครื่องตกแต่งจะบังคับไล่อนุภาคเพชรที่หมองคล้ำออกจากสารยึดเกาะ และขจัดชั้นกระจกและเศษซากออก เผยให้เห็นคมตัดใหม่บนแผ่น

การปรับสภาพด้วยพลังน้ำแรงดันสูง
เทคนิคนี้ใช้แรงเฉือนของพลังน้ำเพื่อชะล้างอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่หลวมหรือยึดติดได้ไม่ดีออกไป และยังทำให้ชั้นกระจกแตก ขจัดสิ่งสกปรก และปรับปรุงประสิทธิภาพของแผ่นขัด

เทคโนโลยีการปรับสภาพตัวเอง

การปรับสภาพด้วยตนเองหมายถึงวิธีการที่ปล่อยให้ชั้นพื้นผิวของแผ่นสึกหรอในอัตราที่เหมาะสม เพื่อให้สารกัดกร่อนในชั้นพื้นผิวด้านล่างถูกเปิดเผยอย่างต่อเนื่องในระหว่างการประมวลผล โดยคงไว้ซึ่งความสามารถในการตัดอย่างยั่งยืน การเกิดขึ้นของการปรับสภาพด้วยตนเองได้นำเสนอแนวทางใหม่ในการปรับสภาพแผ่น

การปรับสภาพด้วยตนเองช่วยลดขั้นตอนการปรับสภาพ หลีกเลี่ยงผลกระทบจากการสึกหรอของโต๊ะเครื่องแป้งบนเบาะ และยืดอายุการใช้งานของเบาะ ตัวอย่างเช่น การเติมเบสอินทรีย์ เกลืออนินทรีย์ หรือสารเคมีอื่นๆ สามารถปรับปรุงการปรับสภาพตนเองได้ การใช้พรีโพลีเมอร์กับกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำจะให้การควบคุมตนเองในระหว่างการขัดเงา ทำให้กระบวนการมีความเสถียร และป้องกันการบวมของน้ำ