ウェーハの研磨方法にはどのようなものがありますか?

チップの製造に関わるすべてのプロセスの中で、最終的な運命は、ウエハース個々のダイに切断され、数本のピンだけが露出した小さな密閉箱に梱包されます。チップは閾値、抵抗、電流、電圧の値に基づいて評価されますが、その外観は誰も考慮しません。製造プロセス中、特にフォトリソグラフィーの各ステップで必要な平坦化を達成するために、ウェーハを繰り返し研磨します。のウエハースチップ製造プロセスが縮小するにつれて、フォトリソグラフィー装置のレンズはレンズの開口数 (NA) を大きくしてナノメートルスケールの解像度を達成する必要があるため、表面は極めて平坦である必要があります。ただし、これにより同時に焦点深度 (DoF) が減少します。焦点深度は、光学システムが焦点を維持できる深さを指します。フォトリソグラフィーの画像が鮮明で焦点が合っていることを保証するために、ウエハース焦点深度内に収まる必要があります。

簡単に言えば、フォトリソグラフィー装置は結像精度を向上させるために焦点合わせ能力を犠牲にします。たとえば、新世代 EUV フォトリソグラフィー マシンの開口数は 0.55 ですが、垂直方向の焦点深度はわずか 45 ナノメートルで、フォトリソグラフィー中の最適なイメージング範囲はさらに小さくなります。もしウエハース平らでなかったり、厚さが不均一であったり、表面に凹凸があると、フォトリソグラフィーの高点と低点で問題が発生します。

滑らかな加工が必要なプロセスはフォトリソグラフィーだけではありません。ウエハース表面。他の多くのチップ製造プロセスでもウェーハ研磨が必要です。たとえば、ウェットエッチングの後、その後のコーティングや堆積のために粗い表面を滑らかにするために研磨が必要です。浅いトレンチ分離 (STI) の後、余分な二酸化シリコンを平滑にしてトレンチの充填を完了するために研磨が必要です。金属の堆積後、余分な金属層を除去し、デバイスの短絡を防ぐために研磨が必要です。

したがって、チップの誕生には、ウェーハの粗さと表面のばらつきを低減し、表面から余分な材料を除去するための多数の研磨ステップが必要となります。さらに、ウェーハ上のさまざまなプロセス上の問題によって引き起こされる表面欠陥は、多くの場合、各研磨ステップの後でのみ明らかになります。このように、研磨を担当する技術者の責任は重大です。彼らはチップ製造プロセスの中心人物であり、生産会議で責任を負うこともよくあります。チップ製造における主な研磨技術として、ウェット エッチングと物理的出力の両方に熟練している必要があります。

ウェーハの研磨方法にはどのようなものがありますか?

研磨プロセスは、研磨液とシリコンウェーハ表面の間の相互作用原理に基づいて、次の 3 つの主要なカテゴリに分類できます。

1.機械研磨方法:
機械研磨は、切削や塑性変形により研磨面の突起を除去し、滑らかな表面を実現します。一般的なツールには、オイル ストーン、ウール ホイール、サンドペーパーがあり、主に手動で操作されます。回転体の表面などの特殊な部品には、ターンテーブルやその他の補助ツールを使用できます。高品質が要求される表面には、超微細研磨方法を使用できます。超精密研磨は、特製の研磨工具を使用し、研磨剤を含む研磨液中で研磨工具をワーク表面に押し付けて高速回転させます。この技術により、あらゆる研磨方法の中で最高の表面粗さRa0.008μmを達成できます。この方法は光学レンズの金型によく使われます。

2.化学研磨方法:
化学研磨では、材料表面の微小突起が化学媒体中で優先的に溶解され、滑らかな表面が得られます。この方法の主な利点は、複雑な装置が不要であること、複雑な形状のワークを研磨できること、多数のワークを同時に高効率で研磨できることです。化学研磨の最大の課題は研磨液の配合です。化学研磨による表面粗さは、通常、数十μｍ程度です。

3. 化学機械研磨 (CMP) 方法:
最初の 2 つの研磨方法にはそれぞれ独自の利点があります。これら 2 つの方法を組み合わせると、プロセスで相補的な効果を達成できます。化学機械研磨は、機械的摩擦プロセスと化学的腐食プロセスを組み合わせたものです。 CMP中、研磨液中の化学試薬が研磨された基板材料を酸化させ、柔らかい酸化物層を形成します。この酸化物層は機械的摩擦によって除去されます。この酸化と機械的除去を繰り返すことで効果的な研磨が可能となります。

化学機械研磨 (CMP) における現在の課題と課題:

CMP は、技術、経済、環境の持続可能性の分野でいくつかの課題や問題に直面しています。

1) プロセスの一貫性: CMP プロセスで高い一貫性を達成することは依然として課題です。同じ生産ライン内であっても、異なるバッチまたは装置間のプロセスパラメータのわずかな違いが、最終製品の一貫性に影響を与える可能性があります。

2) 新しい材料への適応性: 新しい材料が次々と出現するため、CMP テクノロジーはその特性に適応する必要があります。一部の先端材料は従来の CMP プロセスと互換性がない場合があり、より適応性のある研磨液や研磨剤の開発が必要になります。

3) サイズの影響: 半導体デバイスの寸法が縮小し続けるにつれて、サイズの影響によって引き起こされる問題がより重大になります。寸法が小さくなると、より高い表面平坦性が必要となり、より正確な CMP プロセスが必要になります。

4) 材料除去速度の制御: 用途によっては、さまざまな材料の材料除去速度を正確に制御することが重要です。高性能デバイスの製造には、CMP 中にさまざまな層にわたって一貫した除去速度を確保することが不可欠です。

5) 環境への配慮: CMP で使用される研磨液や研磨剤には、環境に有害な成分が含まれる場合があります。より環境に優しく持続可能な CMP プロセスと材料の研究開発は重要な課題です。

6) インテリジェンスと自動化: CMP システムのインテリジェンスと自動化レベルは徐々に向上していますが、依然として複雑で変化しやすい生産環境に対応する必要があります。より高いレベルの自動化とインテリジェントな監視を実現して生産効率を向上させることは、対処する必要がある課題です。

7) コスト管理: CMP には高額な設備と材料のコストがかかります。メーカーは、市場競争力を維持するために生産コストの削減に努めながら、プロセスのパフォーマンスを向上させる必要があります。