Um hochwertige Oberflächengüten zu erzielen, entfernen Polierprozesse Material von der Werkstückoberfläche durch die kombinierten Effekte von mechanischer Einwirkung und chemischen Reaktionen. Diese Prozesse nutzen typischerweise feine Schleifpartikel zusammen mit weichen Polierwerkzeugen (wie Pech, Polyurethan und Tuch), chemischen Lösungen, elektrischen/magnetischen Feldern oder Teilchenstrahlen als Hilfsmethoden.
Nach den unterschiedlichen beteiligten Materialabtragsmechanismen können Poliertechnologien hauptsächlich klassifiziert werden in:
Mechanisches Polieren entfernt eine geringe Menge Material von der Werkstückoberfläche durch die Wechselwirkung zwischen Schleifpartikeln und einem Polierpad, wodurch eine glatte Oberfläche entsteht. Es ist derzeit eine der am weitesten verbreiteten Poliertechnologien für optische Komponenten.
Der konventionelle mechanische Polierprozess ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Beim mechanischen Polieren werden Schleifpartikel unter dem durch die Rauigkeiten des Polierpads erzeugten Normalkraftdruck in die Werkstückoberfläche gedrückt. Während sich das Polierpad relativ zum Werkstück bewegt, interagieren die Schleifpartikel mit der Oberfläche durch Reibungs-, Pflug- und Schneidwirkungen, wodurch Material vom Werkstück entfernt wird.
Das Verformungsverhalten von Oberflächenmaterialien, das durch Schleifpartikel verursacht wird, kann im Allgemeinen in drei Stufen unterteilt werden:
Da beim mechanischen Polieren üblicherweise kleine Schleifpartikel und relativ weiche Polierwerkzeuge verwendet werden, durchläuft das Oberflächenmaterial während des Polierprozesses im Allgemeinen elastische oder plastische Verformungen.
Aus mikroskopischer Sicht wurde ein mechanisches Interaktionsmodell zwischen Schleifpartikeln und der Werkstückoberfläche etabliert, wie in Abbildung (a) gezeigt.
In diesem Modell wird angenommen, dass das Schleifpartikel kugelförmig ist und unter dem durch die Rauigkeiten des Polierpads ausgeübten Druck in die Werkstückoberfläche gedrückt wird.
Beim mechanischen Polieren hängt das Auftreten von Materialabtrag hauptsächlich von der Eindringtiefe des Schleifpartikels ab.
Es existiert eine kritische Eindringtiefe, die dem Übergang von elastischer zu plastischer Verformung entspricht:
Unterschiedliche Eindringtiefen von Schleifpartikeln führen zu unterschiedlichen Materialabtragsmechanismen, die den endgültigen Verschleißzustand der bearbeiteten Oberfläche bestimmen.
Wie in Abbildung (b) gezeigt:
Wenn die Eindringtiefe die atomare Skala erreicht (ungefähr 5 Å), erfährt die Werkstückoberfläche nur eine elastische Verformung. Es werden keine Atome entfernt und es entstehen keine Oberflächenschäden.
Wenn die Eindringtiefe auf etwa 10–15 Å ansteigt, wird der vorherrschende Abtragsmechanismus zum Pflugabtrag. Unter der Einwirkung von Schleifpartikeln sammeln sich Oberflächenatome an und bilden Atomcluster, die allmählich abgetragen werden, wenn sich die Schleifpartikel bewegen.
Die Anzahl der abgetragenen Atome steigt proportional zur Eindringtiefe an.
Wenn die Eindringtiefe weiter auf etwa 20 Å ansteigt, ändert sich der Abtragsmechanismus zum SchneidabtragDie Schlämmenflussrate beeinflusst sowohl:
In dieser Phase werden eine große Anzahl von Oberflächenatomen direkt von Schleifpartikeln geschnitten, wodurch Späne entstehen, die zusammen mit der Bewegung der Schleifpartikel abgetragen werden.
Während dieses Prozesses schieben und sammeln Schleifpartikel nicht nur Oberflächenatome, sondern erzeugen auch starke Erhebungen um die Kratzer, was zu einer erhöhten Oberflächenrauheit führt.
Die traditionelle Theorie des mechanischen Polierens besagt, dass während der elastischen Verformungsphase kein Materialabtrag stattfindet. Stattdessen beginnt der Materialabtrag erst, wenn Schleifpartikel durch Schneidwirkung plastische Verformungen hervorrufen.
Daher führt mechanisches Polieren zwangsläufig zu einem gewissen Grad an Oberflächen- und Unterflächenschäden.
Bei mechanischen Polierprozessen werden die Oberflächen-/Unterflächenschäden optischer Komponenten stark von Prozessparametern beeinflusst, darunter:
Abbildung (a) zeigt eine BK7-optische Glasoberfläche nach mechanischem Polieren.
Der verwendete Polierprozess nutzte 10 µm Al₂O₃-Schleifpartikel und ein Pech-Polierwerkzeug. Deutliche Kratzerdefekte, die durch mechanische Abrieb verursacht wurden, sind auf der Oberfläche gut sichtbar.
Abbildung (b) zeigt die Oberflächen- und Unterflächenschäden einer CdZnTe-Wafer nach 30 Minuten mechanischem Polieren, beobachtet mittels Rasterelektronenmikroskopie.
Der Polierprozess verwendete 2–5 µm Al₂O₃-Schleifpartikel mit einem Aluminiumplatten-Polierwerkzeug.
Auf der Oberfläche wurden Mikrometer- und Submikrometer-Kratzer beobachtet. Die Dicke der Unterflächenschadenschicht betrug weniger als 1 µm und bestand hauptsächlich aus einer polykristallinen Schicht, was auf plastische Verformungsschäden hindeutet.
Chemisches Polieren und elektrochemisches Polieren nutzen chemische oder elektrochemische Reaktionen, um Material von der Werkstückoberfläche aufzulösen.
Während des Prozesses lösen sich mikroskopische Erhebungen auf der Oberfläche bevorzugt im Vergleich zu Vertiefungen auf, was zu einer glatteren Oberfläche führt.
Die Grundzusammensetzung von chemischen/elektrochemischen Polierlösungen umfasst im Allgemeinen:
Die Funktionen jeder Komponente sind wie folgt:
Für unterschiedliche Werkstückmaterialien müssen entsprechende Polierlösungs-Systeme entsprechend ihren chemischen Eigenschaften ausgewählt werden.
Da optische Materialien im Allgemeinen eine ausgezeichnete chemische Stabilität aufweisen, sind oft starke Säuren, starke Laugen oder starke Oxidationsmittel als Ätzmittel beim chemischen Polieren erforderlich.
Zum Beispiel verwenden optische Komponenten, die hauptsächlich aus SiO₂ bestehen, wie K9-Glas und Quarzglas, üblicherweise Flusssäure (HF) als Ätzmittel.
Die chemische Reaktion lautet:
Begrenzte Wiederholbarkeit
Umweltverschmutzungsprobleme
Präzisions-Oberflächenbehandlung
Elektrochemisches Polieren nutzt anodische Auflösung von Metallen zur Oberflächenbearbeitung.
Keine Kaltverfestigungsschicht
Keine Erzeugung von Eigenspannungen
Chemische/elektrochemische Poliertechnologien haben jedoch auch mehrere Einschränkungen:
1) Hohe Entwicklungskosten
Aufgrund von Unterschieden in den chemischen Eigenschaften der Materialien müssen für verschiedene Materialien spezielle Polierlösungen entwickelt werden, was eine umfangreiche experimentelle Optimierung der Prozessparameter erfordert.
2) Schwierige Kontrolle der chemischen Reaktionsgeschwindigkeiten
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist schwer präzise zu regulieren, was die Aufrechterhaltung der Maßhaltigkeit und geometrischen Präzision erschwert.
Die erzielte Oberflächenqualität wird stark von der inneren Struktur und Reinheit des Werkstücks beeinflusst.
(3) Chemisch-mechanische Poliertechnologie (CMP)
chemische Reaktionen und mechanischen Abrieb
kombiniert. Sie wird in der Halbleiterfertigung, der Verarbeitung optischer Komponenten und der Herstellung fortschrittlicher Materialien weit verbreitet eingesetzt.
In den 1950er Jahren entdeckten Forscher, dass chemische Reagenzien, wie Säuren und alkalische Lösungen, den Materialabtrag unterstützen und mechanische Schäden reduzieren können. Diese Entdeckung legte den Grundstein für die Entwicklung der CMP-Technologie.1965 führte IBM erstmals die CMP-Technologie für das Polieren von Siliziumwafern ein. Mit der rasanten Entwicklung integrierter Schaltungen (ICs) konnten traditionelle Trockenätzverfahren und rein mechanische Polierverfahren Oberflächen-Topographievariationen nicht effektiv beseitigen. Infolgedessen wurde CMP allmählich zu einer kritischen Prozesstechnologie.Frühe CMP-Prozesse standen jedoch noch vor mehreren Herausforderungen, darunter:
Schlechte Stabilität von Polierschlämmen
Unzureichende Präzision der Ausrüstung
Schwierigkeit bei der Kontrolle der Materialabtragsraten
1997 führte IBM erfolgreich CMP in Kupfer-Interconnect-Polierprozesse ein.
CMP-Bearbeitungsmechanismus
CMP verwendet relativ weiche Schleifpartikel, um eine hochwertige Oberflächenpolitur zu erzielen.
Während des CMP-Prozesses wird das Werkstück unter kontrolliertem Druck gegen ein Polierpad gedrückt und bewegt sich relativ zum Pad.
Durch die synergistische Wechselwirkung zwischen nanoskaligen Schleifpartikeln und chemischen Komponenten in der Polierschlämme wird die Werkstückoberfläche allmählich glatter, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Durch ihre koordinierte Rotation wird eine komplexe relative Bewegungsbahn zwischen Wafer und Polierpad erzeugt.
Eine kontinuierlich von einer Schlauchpumpe zugeführte Schlämme enthält zwei funktionelle Komponenten:
Schleifpartikel:
sorgen für mechanische Polierwirkung.
Oxidationsmittel:
induzieren chemische Reaktionen auf der Materialoberfläche.
Die Schleifpartikel entfernen diese erweichte Reaktionsschicht durch mechanische Wechselwirkung.
Es ist zu beachten, dass das Gleichgewicht zwischen chemischen und mechanischen Effekten in CMP eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der endgültigen Bearbeitungsqualität spielt.
Es können Oberflächenkratzer auftreten.
Die Konzentration von Restspannungen kann zunehmen.
Es können Unterflächenschäden entstehen.
Wenn die chemische Wirkung übermäßig wird:
Daher ist die Optimierung der synergistischen Wechselwirkung zwischen chemischen Reaktionen und mechanischem Abrieb der Schlüsselfaktor zur Verbesserung der CMP-Leistung.
Um eine hochwertige polierte Oberfläche zu erhalten, müssen die chemischen und mechanischen Effekte während CMP ein angemessenes Gleichgewicht erreichen.
Wenn die chemische Wirkung die mechanische Wirkung dominiert:
Korrosionsgruben
Orangenschalenartige Oberflächenmuster
Ungleichmäßige Oberflächenmorphologie
können auftreten.
Unterflächenschadenschichten
bilden sich wahrscheinlich.
Oberflächenrauheit
Bearbeitungsuniformität
=
der Preston-Koeffizient ist, der mit den Polierbedingungen zusammenhängt.
Übermäßiger Druck kann jedoch zu folgenden Problemen führen:
Wafer-Verformung
Lokale Überpolitur
Dishing-Defekte
Kantenabrollens
Eine Erhöhung der Drehzahl verstärkt die mechanischen Scherkräfte, was die Effizienz des Materialabtrags verbessern kann.
Eine zu hohe Drehzahl kann jedoch zu lokalen Temperaturerhöhungen führen (typischerweise über 10 °C), was zu Änderungen der chemischen Aktivität der Schlämme führt und die Polierstabilität beeinträchtigt.(3) Einfluss der SchlämmenflussrateDie Schlämmenflussrate beeinflusst sowohl:
Chemische Reaktionen zwischen der Schlämme und der Waferoberfläche.
Mechanischer Abtrag der oxidierten Reaktionsschicht.
Daher trägt die Optimierung der Schlämmenflussrate zur Verbesserung der Poliereffizienz und Oberflächenqualität bei.
Drehzahl
Schlämmenflussrate
ist unerlässlich für die Erzielung von Hochleistungs-CMP-Prozessen.
Die Effizienz des Materialabtrags sinkt.
Eine Erhöhung des Drucks oder der Schlämmenflussrate kann:
Die Temperatur des Polierpads reduzieren.
Dadurch steigt die MRR.
(a) Zusammensetzung der Polierschlämme
Obwohl CMP eine präzise Kontrolle von Prozessparametern wie:
Polierdruck
Drehzahl
erfordert, bleibt die Polierschlämme der kritischste Faktor, der die CMP-Leistung beeinflusst.
pH-Regulatoren
Diese Komponenten beeinflussen maßgeblich:
(b) Oxidationsmittel
Der pH-Wert der Polierschlämme beeinflusst direkt:
Polierrate
Oberflächenqualität
Durch Anpassung der Säure oder Alkalität der Schlämme kann die chemische Reaktionsgeschwindigkeit zwischen der Schlämme und der Materialoberfläche gesteuert werden.
Ihre Hauptfunktionen umfassen:
1. Aufrechterhaltung der Schlämmenstabilität
Aggregation von Schleifpartikeln
Trennung von Komponenten
wodurch die Schlämmenuniformität erhalten bleibt.
Schleifpartikel
Materialoberfläche
was zu einer verbesserten Polieruniformität und -effizienz führt.
Effizienz des Materialabtrags
Widerstandsfähigkeit gegen Unterflächenschäden
Um hochwertige Oberflächengüten zu erzielen, entfernen Polierprozesse Material von der Werkstückoberfläche durch die kombinierten Effekte von mechanischer Einwirkung und chemischen Reaktionen. Diese Prozesse nutzen typischerweise feine Schleifpartikel zusammen mit weichen Polierwerkzeugen (wie Pech, Polyurethan und Tuch), chemischen Lösungen, elektrischen/magnetischen Feldern oder Teilchenstrahlen als Hilfsmethoden.
Nach den unterschiedlichen beteiligten Materialabtragsmechanismen können Poliertechnologien hauptsächlich klassifiziert werden in:
Mechanisches Polieren entfernt eine geringe Menge Material von der Werkstückoberfläche durch die Wechselwirkung zwischen Schleifpartikeln und einem Polierpad, wodurch eine glatte Oberfläche entsteht. Es ist derzeit eine der am weitesten verbreiteten Poliertechnologien für optische Komponenten.
Der konventionelle mechanische Polierprozess ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Beim mechanischen Polieren werden Schleifpartikel unter dem durch die Rauigkeiten des Polierpads erzeugten Normalkraftdruck in die Werkstückoberfläche gedrückt. Während sich das Polierpad relativ zum Werkstück bewegt, interagieren die Schleifpartikel mit der Oberfläche durch Reibungs-, Pflug- und Schneidwirkungen, wodurch Material vom Werkstück entfernt wird.
Das Verformungsverhalten von Oberflächenmaterialien, das durch Schleifpartikel verursacht wird, kann im Allgemeinen in drei Stufen unterteilt werden:
Da beim mechanischen Polieren üblicherweise kleine Schleifpartikel und relativ weiche Polierwerkzeuge verwendet werden, durchläuft das Oberflächenmaterial während des Polierprozesses im Allgemeinen elastische oder plastische Verformungen.
Aus mikroskopischer Sicht wurde ein mechanisches Interaktionsmodell zwischen Schleifpartikeln und der Werkstückoberfläche etabliert, wie in Abbildung (a) gezeigt.
In diesem Modell wird angenommen, dass das Schleifpartikel kugelförmig ist und unter dem durch die Rauigkeiten des Polierpads ausgeübten Druck in die Werkstückoberfläche gedrückt wird.
Beim mechanischen Polieren hängt das Auftreten von Materialabtrag hauptsächlich von der Eindringtiefe des Schleifpartikels ab.
Es existiert eine kritische Eindringtiefe, die dem Übergang von elastischer zu plastischer Verformung entspricht:
Unterschiedliche Eindringtiefen von Schleifpartikeln führen zu unterschiedlichen Materialabtragsmechanismen, die den endgültigen Verschleißzustand der bearbeiteten Oberfläche bestimmen.
Wie in Abbildung (b) gezeigt:
Wenn die Eindringtiefe die atomare Skala erreicht (ungefähr 5 Å), erfährt die Werkstückoberfläche nur eine elastische Verformung. Es werden keine Atome entfernt und es entstehen keine Oberflächenschäden.
Wenn die Eindringtiefe auf etwa 10–15 Å ansteigt, wird der vorherrschende Abtragsmechanismus zum Pflugabtrag. Unter der Einwirkung von Schleifpartikeln sammeln sich Oberflächenatome an und bilden Atomcluster, die allmählich abgetragen werden, wenn sich die Schleifpartikel bewegen.
Die Anzahl der abgetragenen Atome steigt proportional zur Eindringtiefe an.
Wenn die Eindringtiefe weiter auf etwa 20 Å ansteigt, ändert sich der Abtragsmechanismus zum SchneidabtragDie Schlämmenflussrate beeinflusst sowohl:
In dieser Phase werden eine große Anzahl von Oberflächenatomen direkt von Schleifpartikeln geschnitten, wodurch Späne entstehen, die zusammen mit der Bewegung der Schleifpartikel abgetragen werden.
Während dieses Prozesses schieben und sammeln Schleifpartikel nicht nur Oberflächenatome, sondern erzeugen auch starke Erhebungen um die Kratzer, was zu einer erhöhten Oberflächenrauheit führt.
Die traditionelle Theorie des mechanischen Polierens besagt, dass während der elastischen Verformungsphase kein Materialabtrag stattfindet. Stattdessen beginnt der Materialabtrag erst, wenn Schleifpartikel durch Schneidwirkung plastische Verformungen hervorrufen.
Daher führt mechanisches Polieren zwangsläufig zu einem gewissen Grad an Oberflächen- und Unterflächenschäden.
Bei mechanischen Polierprozessen werden die Oberflächen-/Unterflächenschäden optischer Komponenten stark von Prozessparametern beeinflusst, darunter:
Abbildung (a) zeigt eine BK7-optische Glasoberfläche nach mechanischem Polieren.
Der verwendete Polierprozess nutzte 10 µm Al₂O₃-Schleifpartikel und ein Pech-Polierwerkzeug. Deutliche Kratzerdefekte, die durch mechanische Abrieb verursacht wurden, sind auf der Oberfläche gut sichtbar.
Abbildung (b) zeigt die Oberflächen- und Unterflächenschäden einer CdZnTe-Wafer nach 30 Minuten mechanischem Polieren, beobachtet mittels Rasterelektronenmikroskopie.
Der Polierprozess verwendete 2–5 µm Al₂O₃-Schleifpartikel mit einem Aluminiumplatten-Polierwerkzeug.
Auf der Oberfläche wurden Mikrometer- und Submikrometer-Kratzer beobachtet. Die Dicke der Unterflächenschadenschicht betrug weniger als 1 µm und bestand hauptsächlich aus einer polykristallinen Schicht, was auf plastische Verformungsschäden hindeutet.
Chemisches Polieren und elektrochemisches Polieren nutzen chemische oder elektrochemische Reaktionen, um Material von der Werkstückoberfläche aufzulösen.
Während des Prozesses lösen sich mikroskopische Erhebungen auf der Oberfläche bevorzugt im Vergleich zu Vertiefungen auf, was zu einer glatteren Oberfläche führt.
Die Grundzusammensetzung von chemischen/elektrochemischen Polierlösungen umfasst im Allgemeinen:
Die Funktionen jeder Komponente sind wie folgt:
Für unterschiedliche Werkstückmaterialien müssen entsprechende Polierlösungs-Systeme entsprechend ihren chemischen Eigenschaften ausgewählt werden.
Da optische Materialien im Allgemeinen eine ausgezeichnete chemische Stabilität aufweisen, sind oft starke Säuren, starke Laugen oder starke Oxidationsmittel als Ätzmittel beim chemischen Polieren erforderlich.
Zum Beispiel verwenden optische Komponenten, die hauptsächlich aus SiO₂ bestehen, wie K9-Glas und Quarzglas, üblicherweise Flusssäure (HF) als Ätzmittel.
Die chemische Reaktion lautet:
Begrenzte Wiederholbarkeit
Umweltverschmutzungsprobleme
Präzisions-Oberflächenbehandlung
Elektrochemisches Polieren nutzt anodische Auflösung von Metallen zur Oberflächenbearbeitung.
Keine Kaltverfestigungsschicht
Keine Erzeugung von Eigenspannungen
Chemische/elektrochemische Poliertechnologien haben jedoch auch mehrere Einschränkungen:
1) Hohe Entwicklungskosten
Aufgrund von Unterschieden in den chemischen Eigenschaften der Materialien müssen für verschiedene Materialien spezielle Polierlösungen entwickelt werden, was eine umfangreiche experimentelle Optimierung der Prozessparameter erfordert.
2) Schwierige Kontrolle der chemischen Reaktionsgeschwindigkeiten
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist schwer präzise zu regulieren, was die Aufrechterhaltung der Maßhaltigkeit und geometrischen Präzision erschwert.
Die erzielte Oberflächenqualität wird stark von der inneren Struktur und Reinheit des Werkstücks beeinflusst.
(3) Chemisch-mechanische Poliertechnologie (CMP)
chemische Reaktionen und mechanischen Abrieb
kombiniert. Sie wird in der Halbleiterfertigung, der Verarbeitung optischer Komponenten und der Herstellung fortschrittlicher Materialien weit verbreitet eingesetzt.
In den 1950er Jahren entdeckten Forscher, dass chemische Reagenzien, wie Säuren und alkalische Lösungen, den Materialabtrag unterstützen und mechanische Schäden reduzieren können. Diese Entdeckung legte den Grundstein für die Entwicklung der CMP-Technologie.1965 führte IBM erstmals die CMP-Technologie für das Polieren von Siliziumwafern ein. Mit der rasanten Entwicklung integrierter Schaltungen (ICs) konnten traditionelle Trockenätzverfahren und rein mechanische Polierverfahren Oberflächen-Topographievariationen nicht effektiv beseitigen. Infolgedessen wurde CMP allmählich zu einer kritischen Prozesstechnologie.Frühe CMP-Prozesse standen jedoch noch vor mehreren Herausforderungen, darunter:
Schlechte Stabilität von Polierschlämmen
Unzureichende Präzision der Ausrüstung
Schwierigkeit bei der Kontrolle der Materialabtragsraten
1997 führte IBM erfolgreich CMP in Kupfer-Interconnect-Polierprozesse ein.
CMP-Bearbeitungsmechanismus
CMP verwendet relativ weiche Schleifpartikel, um eine hochwertige Oberflächenpolitur zu erzielen.
Während des CMP-Prozesses wird das Werkstück unter kontrolliertem Druck gegen ein Polierpad gedrückt und bewegt sich relativ zum Pad.
Durch die synergistische Wechselwirkung zwischen nanoskaligen Schleifpartikeln und chemischen Komponenten in der Polierschlämme wird die Werkstückoberfläche allmählich glatter, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Durch ihre koordinierte Rotation wird eine komplexe relative Bewegungsbahn zwischen Wafer und Polierpad erzeugt.
Eine kontinuierlich von einer Schlauchpumpe zugeführte Schlämme enthält zwei funktionelle Komponenten:
Schleifpartikel:
sorgen für mechanische Polierwirkung.
Oxidationsmittel:
induzieren chemische Reaktionen auf der Materialoberfläche.
Die Schleifpartikel entfernen diese erweichte Reaktionsschicht durch mechanische Wechselwirkung.
Es ist zu beachten, dass das Gleichgewicht zwischen chemischen und mechanischen Effekten in CMP eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der endgültigen Bearbeitungsqualität spielt.
Es können Oberflächenkratzer auftreten.
Die Konzentration von Restspannungen kann zunehmen.
Es können Unterflächenschäden entstehen.
Wenn die chemische Wirkung übermäßig wird:
Daher ist die Optimierung der synergistischen Wechselwirkung zwischen chemischen Reaktionen und mechanischem Abrieb der Schlüsselfaktor zur Verbesserung der CMP-Leistung.
Um eine hochwertige polierte Oberfläche zu erhalten, müssen die chemischen und mechanischen Effekte während CMP ein angemessenes Gleichgewicht erreichen.
Wenn die chemische Wirkung die mechanische Wirkung dominiert:
Korrosionsgruben
Orangenschalenartige Oberflächenmuster
Ungleichmäßige Oberflächenmorphologie
können auftreten.
Unterflächenschadenschichten
bilden sich wahrscheinlich.
Oberflächenrauheit
Bearbeitungsuniformität
=
der Preston-Koeffizient ist, der mit den Polierbedingungen zusammenhängt.
Übermäßiger Druck kann jedoch zu folgenden Problemen führen:
Wafer-Verformung
Lokale Überpolitur
Dishing-Defekte
Kantenabrollens
Eine Erhöhung der Drehzahl verstärkt die mechanischen Scherkräfte, was die Effizienz des Materialabtrags verbessern kann.
Eine zu hohe Drehzahl kann jedoch zu lokalen Temperaturerhöhungen führen (typischerweise über 10 °C), was zu Änderungen der chemischen Aktivität der Schlämme führt und die Polierstabilität beeinträchtigt.(3) Einfluss der SchlämmenflussrateDie Schlämmenflussrate beeinflusst sowohl:
Chemische Reaktionen zwischen der Schlämme und der Waferoberfläche.
Mechanischer Abtrag der oxidierten Reaktionsschicht.
Daher trägt die Optimierung der Schlämmenflussrate zur Verbesserung der Poliereffizienz und Oberflächenqualität bei.
Drehzahl
Schlämmenflussrate
ist unerlässlich für die Erzielung von Hochleistungs-CMP-Prozessen.
Die Effizienz des Materialabtrags sinkt.
Eine Erhöhung des Drucks oder der Schlämmenflussrate kann:
Die Temperatur des Polierpads reduzieren.
Dadurch steigt die MRR.
(a) Zusammensetzung der Polierschlämme
Obwohl CMP eine präzise Kontrolle von Prozessparametern wie:
Polierdruck
Drehzahl
erfordert, bleibt die Polierschlämme der kritischste Faktor, der die CMP-Leistung beeinflusst.
pH-Regulatoren
Diese Komponenten beeinflussen maßgeblich:
(b) Oxidationsmittel
Der pH-Wert der Polierschlämme beeinflusst direkt:
Polierrate
Oberflächenqualität
Durch Anpassung der Säure oder Alkalität der Schlämme kann die chemische Reaktionsgeschwindigkeit zwischen der Schlämme und der Materialoberfläche gesteuert werden.
Ihre Hauptfunktionen umfassen:
1. Aufrechterhaltung der Schlämmenstabilität
Aggregation von Schleifpartikeln
Trennung von Komponenten
wodurch die Schlämmenuniformität erhalten bleibt.
Schleifpartikel
Materialoberfläche
was zu einer verbesserten Polieruniformität und -effizienz führt.
Effizienz des Materialabtrags
Widerstandsfähigkeit gegen Unterflächenschäden