Хемијско механичко полирање (ЦМП) је једина кључна технологија која може постићи планаризацију површине плочице, способна да смањи храпавост површине на суб-нанометарски ниво. Основни принцип ЦМП-а је да суспензија хемијски реагује са површином вафла да би се формирао омекшани слој, који се затим уклања механичким трењем, уклањањем материјала и планаризацијом површине вафла.
Структурне карактеристике површине (храпавост, шара жлебова, итд.) и својства материјала (тврдоћа, модул еластичности, итд.) подлоге за полирање су важни фактори који утичу на ЦМП. Подлога за полирање директно утиче на резултате полирања плочице.
01 Површинске структурне карактеристике јастучића за полирање
● Микротопографија површине подлоге за полирање
Јастучићи за полирање су обично пуни микропора на површини, које могу да складиште и транспортују муљ и абразивне честице, одолевају хемијском нападу из суспензије и брзо уклањају нуспроизводе полирања, чиме утичу на уклањање материјала.
На основу структурних карактеристика, уобичајени комерцијални јастучићи за полирање класификовани су у три типа: мрежасти тип (крпа за пригушивање), тип влакана (синтетичка кожа) и микропорозни тип (полиуретан). У поређењу са друга два, мрежасти јастучић има бољу компресибилност и способност ношења суспензије, а њена нижа тврдоћа чини мању вероватноћу да ће изазвати огреботине током финог полирања. Врсте влакана и полиуретана, због своје специфичне тврдоће и структуре, најчешће се користе за грубо полирање и полирање неметалних материјала.
Геометрија и дистрибуција микропора утичу на површинску чврстоћу и густину подлоге. Карактеристике порозности и густине се углавном одражавају Поиссоновим односом (ν). Површинска чврстоћа опада са повећањем порозности. Већи пречници пора побољшавају транспортни капацитет, али претерано велике поре могу смањити густину и снагу јастучића.
Промене у величини и структури микропора такође утичу на перформансе полирања. Оптимизација структуре микропора може побољшати контактно стање између јастучића и плочице. Истраживање синергистичког односа између механичког оптерећења на интерфејсу и хемијских реакција суспензије може боље контролисати брзину уклањања ЦМП материјала.
● Површинске текстуре жљебова јастучића за полирање
Жлебови на површини јастучића имају две сврхе: с једне стране, побољшавају способност јастучића да складишти и транспортује суспензију, побољшавајући проток суспензије; са друге стране, модификује коефицијент трења и смичући напон на површини плочице. Табела испод приказује типичне жлебове ИЦ серије јастучића које производи Рохм Хаас, који се широко користе у индустрији полупроводника. У поређењу са ИЦ1010 са ИЦ1000, ИЦ1010 има дубље и гушће жлебове, што резултира јачим механичким деловањем од неравнина и абразивних честица, као и снажнијим хемијским деловањем, што доводи до веће способности уклањања материјала.
Уобичајени обрасци жлебова укључују радијалне, мрежасте, прстенасте и спиралне логаритамске типове. На доњој слици, (а)–(д) представљају јастучиће са једним узорком, док (е)–(г) представљају јастучиће са композитним узорком. Композитни јастучићи генерално раде боље од јастучића са једним узорком, а негативни спирално-логаритамски јастучићи могу значајно побољшати брзину полирања.
● Јастучићи
Грубе избочине на површини јастучића су еластичне како би се избегле прекомерне непоправљиве огреботине на плочици. Микроскопски профил висине површине јастучића обично прати Гаусову или експоненцијалну расподелу.
Просечна висина неравнина (Рпк) снажно утиче на брзину уклањања материјала (МРР). Без кондиционирања тампона, МРР се смањује са временом полирања; ако се Рпк обнови кондиционирањем, МРР се враћа на близу првобитни ниво. Хабање током полирања и накнадног кондиционирања изазивају континуиране промене стварне храпавости јастучића. Варијације у храпавости, пречнику неравнина и расподели храпавости директно утичу на МРР.
02 Својства материјала јастучића за полирање
Физичка и хемијска својства материјала јастучића утичу на контактно стање и контактну силу на интерфејсу за полирање (вафер-таста-подлога), чиме утичу на брзину уклањања материјала и храпавост површине плочице.
● Параметри механичких својстава
Тврдоћа и модул еластичности су два важна механичка параметра. Тврди јастучићи се користе у фазама грубог полирања где су потребне високе стопе уклањања, али превелика тврдоћа може да изазове оштећење површине и неуједначено уклањање материјала. Меки јастучићи се генерално користе у фазама финог полирања са ниским захтевима за храпавост. Подлога са тврдим врхом и меким дном може побољшати униформност МРР-а, али обично има већу зону искључења ивица; обрнуто, подлога са меким врхом и тврдим дном може смањити зону искључења ивица и постићи бољи квалитет површине.
● Хемијске карактеристике
Јастучић треба да има добру хемијску стабилност и хидрофилност. Полиуретан показује ефекат памћења облика, при чему се стопа опоравка облика повећава са температуром.
У производњи ЦМП јастучића, хемијске реакције углавном укључују полиоле и изоцијанате. Главне сировине обухватају преполимере, продуживаче ланаца/попречне везе, средства за пењење, катализаторе и друге функционалне адитиве. Контролисањем концентрација и односа реактаната могу се побољшати различита својства материјала јастучића. Активне групе у јастучићу, као што су хидроксилне и амидне групе, такође играју важну улогу – оне побољшавају слој поновног таложења материјала за полирање и ублажавају проблеме са квалитетом површине узроковане механичким хабањем. Поред тога, физичка и хемијска модификација материјала за подлогу може побољшати његове перформансе.
Штавише, током ЦМП-а, површина јастучића је подвргнута оптерећењу и смичућим силама, што доводи до тога да неравнине претрпе пластични ток и постану планаризоване – феномен познат као застакљивање. Кондиционирање јастучића може побољшати застакљивање површине и порозност, одржавајући стабилне перформансе полирања.
Технологије за кондиционирање јастучића за полирање
Тренутно, конвенционалне технике кондиционирања спадају у две категорије: не-самокондиционирајуће и само-кондиционирајуће.
Технологије које се не самокондиционирају
Несамокондиционирање се односи на употребу спољашњих сила за уклањање истрошених абразива, крхотина и других нечистоћа са површине јастучића, излагање свежих абразива и одржавање способности резања током полирања.
Климатизација дијамантске комоде
Дијамантска комода се углавном састоји од дијамантских абразива, везива и супстрата. Дијамантски абразиви се фиксирају на подлогу галванизацијом, лемљењем, синтеровањем или хемијским таложењем паре. Његов учинак кондиционирања је уско повезан са стањем површине плочице и на тај начин утиче на квалитет радног комада. Принцип је да дијаманти великог пречника на комоди насилно уклањају тупе честице дијаманата из везива и уклањају застакљени слој и остатке, откривајући нове резне ивице на плочици.
Кондиционирање воденог млаза под високим притиском
Ова техника користи силу смицања воденог млаза да испере лабаве или лоше везане абразивне честице и такође разбија застакљени слој, уклањајући нечистоће и побољшавајући перформансе јастучића.
Технологије самокондиционирања
Самокондиционирање се односи на методе које омогућавају хабање површинског слоја јастучића одговарајућом брзином тако да су абразиви у подповршинском слоју непрекидно изложени током обраде, одржавајући трајну способност резања. Појава самокондиционирања увела је нове приступе кондиционирању подлога.
Самокондиционирање елиминише корак кондиционирања, избегава утицај хабања комоде на подлогу и продужава век трајања јастучића. На пример, додавање органских база, неорганских соли или других хемикалија може побољшати самокондиционирање; коришћење преполимера са хидрофобним групама обезбеђује саморегулишућу акцију током полирања, стабилизацију процеса и спречавање бубрења воде.