En grundläggande översikt av wafer-lappning och poleringsprocessen
I halvledartillverkningens invecklade värld börjar skapandet av integrerade kretsar med en tunn, orörd, orörd kiselskiva känd som en wafer. Kvaliteten på denna wafers yta är av största vikt, eftersom alla brister kan leda till enhetsfel. Två kritiska mekaniska processer som används för att uppnå den nödvändiga planheten och jämnheten är lappning och polering. Den här artikeln ger en grundläggande översikt över dessa viktiga steg.
Behovet av planhet och jämnhet
Efter att ha skivats från ett enkristallgöt har en rå skiva en grov, skadad yta med betydande tjockleksvariationer. För moderna kretsar i nanoskala är sådana brister oacceptabla. Skivorna måste vara helt plana för att säkerställa exakt fokusering under fotolitografi och måste ha en spegel-slät, skada-fri yta att bygga transistorer och sammankopplingar på. Det är här lapping och polering kommer in i bilden.
Steg 1: Wafer Lapping
Lapping är det första stora steget i att förfina waferns geometri efter skivning. Dess primära mål är inte jämnhet, utan snarareglobal planhet och enhetlig tjockleksborttagning.
Behandla:Wafers monteras på keramiska bärplattor och placeras med framsidan-nedåt på en stor, roterande gjutjärnsplatta som kallas en lapplatta. En slipande uppslamning-som vanligtvis består av partiklar av aluminiumoxid (Al2O3) eller kiselkarbid (SiC) blandade med ett kylmedel- matas kontinuerligt på plattan. Den samtidiga rotationen av bärarna och överlappsplattan skapar en slipande rörelse som mekaniskt avlägsnar material från waferytorna.
Huvudmål:
1. Ta bort sågskador:Det eliminerar sprickor under ytan och påfrestningar som orsakas av vajersågen under skivning.
2. Uppnå dimensionskontroll:Det tar alla wafers till en mycket konsekvent och måltjocklek.
3. Förbättra planhet:Den korrigerar varp och båge och skapar en globalt plan yta som lämpar sig för efterföljande bearbetning.
Resultat:Efter lappning är skivan plattare och har en mer enhetlig tjocklek, men dess yta kännetecknas nu av "mikromaskering" – en matt yta med fina repor och inbäddade nötande partiklar, samt ett nytt lager av under-ytor skada från själva nötningsverkan.
Övergång: Mellan lapping och polering
Mellan dessa två steg genomgår wafers en grundlig rengöring för att avlägsna alla sliprester. I många avancerade processer kan ett mellansteg som kallas etsning användas för att kemiskt ta bort det grunda, spröda frakturskiktet som lämnats efter lappning, för att förbereda en renare yta för polering.
Steg 2: Wafer Polering
Polering är det sista mekaniska-kemiska steget vars enda syfte är att producera en ultra-jämn, spegelliknande-och defekt-yta. Till skillnad från läppning, som är rent mekanisk, involverar polering en komplex kombination av kemiska och mekaniska åtgärder.
Behandla:Den vanligaste metoden är Chemical Mechanical Polishing (CMP). Wafers som hålls hålls i en roterande bärare och pressas ned- mot en mjuk, porös polerplatta. En kemisk slurry-som nu innehåller mycket finare, kolloidala kiseldioxidpartiklar (SiO₂) suspenderade i en mild alkalisk lösning-förs ut på dynan.
Mekanism för CMP:
1. Kemisk verkan:Den alkaliska lösningen reagerar med kiselytan och bildar ett mjukt, hydratiserat kiseldioxidskikt.
2. Mekanisk åtgärd:Den mjuka polerkudden och de fina silikaslipmedlen i slammet skrubbar försiktigt bort detta uppmjukade lager.
Denna synergistiska effekt möjliggör borttagning av material utan att orsaka betydande ny under-yta skada.
Huvudmål:
1. Eliminera ytdefekter:Den tar bort alla repor, gropar och föroreningar.
2. Uppnå jämnhet i nanoskala:Den ger en spegel-finish med ytjämnhet mätt i Ångström.
3. Skapa ett perfekt underlag:Det ger den atomiskt plana och rena yta som krävs för avsättning av invecklade kretsskikt.
Slutsats
Iappning och polering är komplementära men distinkta processer vid beredning av wafer.Lappandeär en grov, bulkmaterialborttagningsprocess fokuserad på att uppnå makro-skala planhet och tjocklekskontroll.Putsning, särskilt CMP, är en förfinad efterbehandlingsprocess som är dedikerad till att skapa en slät yta i nano-skala, epitaxiklar-. Tillsammans förvandlar de en grov, ojämn skiva kisel till den felfria grund som den moderna digitala världen bygger på. Den obevekliga drivkraften för mindre, kraftfullare chips fortsätter att pressa precisionskraven och precisionskraven för dessa kritiska tillverkningssteg allt högre.
