ما هي طرق تلميع الويفر؟

من بين جميع العمليات المتضمنة في إنشاء الشريحة، فإن المصير النهائي للـرقاقةيتم تقطيعها إلى قوالب فردية وتعبئتها في صناديق صغيرة مغلقة مع كشف عدد قليل من المسامير. سيتم تقييم الشريحة بناءً على قيم العتبة والمقاومة والتيار والجهد، لكن لن يأخذ أحد في الاعتبار مظهرها. أثناء عملية التصنيع، نقوم بتلميع الرقاقة بشكل متكرر لتحقيق الاستواء اللازم، خاصة لكل خطوة من خطوات الطباعة الحجرية الضوئية. الرقاقةيجب أن يكون السطح مسطحًا للغاية لأنه مع تقلص عملية تصنيع الرقاقة، تحتاج عدسة آلة الطباعة الحجرية الضوئية إلى تحقيق دقة بمقياس النانومتر عن طريق زيادة الفتحة الرقمية (NA) للعدسة. ومع ذلك، يؤدي هذا في نفس الوقت إلى تقليل عمق التركيز (DoF). يشير عمق التركيز إلى العمق الذي يستطيع النظام البصري من خلاله الحفاظ على التركيز. للتأكد من أن صورة الطباعة الحجرية الضوئية تظل واضحة ومركزة، يجب مراعاة الاختلافات السطحية في الصورةرقاقةيجب أن تقع ضمن عمق التركيز.

بعبارات بسيطة، تضحي آلة الطباعة الحجرية الضوئية بالقدرة على التركيز لتحسين دقة التصوير. على سبيل المثال، يتمتع الجيل الجديد من آلات الطباعة الحجرية الضوئية EUV بفتحة رقمية تبلغ 0.55، لكن العمق الرأسي للتركيز يبلغ 45 نانومتر فقط، مع نطاق تصوير مثالي أصغر أثناء الطباعة الحجرية الضوئية. إذارقاقةليست مسطحة، أو ذات سمك غير متساو، أو متموجة السطح، وسوف تسبب مشاكل أثناء الطباعة الحجرية الضوئية في النقاط العالية والمنخفضة.

الطباعة الحجرية الضوئية ليست العملية الوحيدة التي تتطلب سلاسةرقاقةسطح. تتطلب العديد من عمليات تصنيع الرقائق الأخرى أيضًا تلميع الرقاقات. على سبيل المثال، بعد الحفر الرطب، يلزم التلميع لتنعيم السطح الخشن من أجل الطلاء والترسيب لاحقًا. بعد عزل الخندق الضحل (STI)، يلزم التلميع لتنعيم ثاني أكسيد السيليكون الزائد وإكمال حشو الخندق. بعد ترسيب المعادن، يلزم التلميع لإزالة الطبقات المعدنية الزائدة ومنع حدوث دوائر قصيرة بالجهاز.

ولذلك، فإن ولادة الشريحة تتضمن العديد من خطوات التلميع لتقليل خشونة الرقاقة وتغيرات السطح ولإزالة المواد الزائدة من السطح. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تصبح عيوب السطح الناتجة عن مشكلات العمليات المختلفة على الرقاقة واضحة فقط بعد كل خطوة تلميع. وبالتالي فإن المهندسين المسؤولين عن التلميع يتحملون مسؤولية كبيرة. إنهم الشخصيات المركزية في عملية تصنيع الرقائق وغالبًا ما يتحملون اللوم في اجتماعات الإنتاج. ويجب أن يكونوا ماهرين في كل من الحفر الرطب والإنتاج المادي، باعتبارها تقنيات التلميع الرئيسية في تصنيع الرقائق.

ما هي طرق تلميع الويفر؟

يمكن تصنيف عمليات التلميع إلى ثلاث فئات رئيسية بناءً على مبادئ التفاعل بين سائل التلميع وسطح رقاقة السيليكون:

1. طريقة التلميع الميكانيكية:
يزيل التلميع الميكانيكي نتوءات السطح المصقول من خلال القطع وتشوه البلاستيك للحصول على سطح أملس. تشمل الأدوات الشائعة أحجار الزيت وعجلات الصوف وورق الصنفرة، والتي يتم تشغيلها يدويًا في المقام الأول. يمكن للأجزاء الخاصة، مثل أسطح الأجسام الدوارة، استخدام الأقراص الدوارة والأدوات المساعدة الأخرى. بالنسبة للأسطح ذات متطلبات الجودة العالية، يمكن استخدام طرق تلميع فائقة الدقة. يستخدم التلميع فائق الدقة أدوات كاشطة مصنوعة خصيصًا، والتي، في سائل تلميع يحتوي على مادة كاشطة، يتم ضغطها بإحكام على سطح قطعة العمل وتدويرها بسرعة عالية. يمكن لهذه التقنية تحقيق خشونة سطحية تبلغ Ra0.008μm، وهي الأعلى بين جميع طرق التلميع. تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع في قوالب العدسات البصرية.

2. طريقة التلميع الكيميائي:
يتضمن التلميع الكيميائي الذوبان التفضيلي للنتوءات الدقيقة الموجودة على سطح المادة في وسط كيميائي، مما يؤدي إلى الحصول على سطح أملس. تتمثل المزايا الرئيسية لهذه الطريقة في عدم الحاجة إلى معدات معقدة، والقدرة على تلميع قطع العمل ذات الشكل المعقد، والقدرة على تلميع العديد من قطع العمل في وقت واحد بكفاءة عالية. القضية الأساسية للتلميع الكيميائي هي تكوين سائل التلميع. تبلغ خشونة السطح الناتجة عن التلميع الكيميائي عدة عشرات من الميكرومترات.

3. طريقة التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP):
تتمتع كل طريقة من طريقتي التلميع الأولين بمزاياها الفريدة. الجمع بين هاتين الطريقتين يمكن أن يحقق تأثيرات تكميلية في هذه العملية. يجمع التلميع الميكانيكي الكيميائي بين عمليات الاحتكاك الميكانيكي والتآكل الكيميائي. أثناء CMP، تعمل الكواشف الكيميائية الموجودة في سائل التلميع على أكسدة مادة الركيزة المصقولة، وتشكل طبقة أكسيد ناعمة. ثم تتم إزالة طبقة الأكسيد هذه من خلال الاحتكاك الميكانيكي. يؤدي تكرار عملية الأكسدة والإزالة الميكانيكية إلى تحقيق تلميع فعال.

التحديات والقضايا الحالية في التلميع الميكانيكي الكيميائي (CMP):

يواجه CMP العديد من التحديات والقضايا في مجالات التكنولوجيا والاقتصاد والاستدامة البيئية:

1) اتساق العملية: يظل تحقيق الاتساق العالي في عملية CMP أمرًا صعبًا. حتى داخل نفس خط الإنتاج، يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في معلمات العملية بين الدفعات أو المعدات المختلفة على اتساق المنتج النهائي.

2) القدرة على التكيف مع المواد الجديدة: مع استمرار ظهور مواد جديدة، يجب أن تتكيف تكنولوجيا CMP مع خصائصها. قد لا تكون بعض المواد المتقدمة متوافقة مع عمليات CMP التقليدية، مما يتطلب تطوير سوائل تلميع ومواد كاشطة أكثر قدرة على التكيف.

3) تأثيرات الحجم: مع استمرار تقلص أبعاد أجهزة أشباه الموصلات، تصبح المشكلات الناجمة عن تأثيرات الحجم أكثر أهمية. تتطلب الأبعاد الأصغر تسطيحًا أعلى للسطح، مما يستلزم عمليات CMP أكثر دقة.

4) التحكم في معدل إزالة المواد: في بعض التطبيقات، يعد التحكم الدقيق في معدل إزالة المواد للمواد المختلفة أمرًا بالغ الأهمية. يعد ضمان معدلات إزالة متسقة عبر الطبقات المختلفة أثناء CMP أمرًا ضروريًا لتصنيع الأجهزة عالية الأداء.

5) صديقة للبيئة: قد تحتوي سوائل التلميع والمواد الكاشطة المستخدمة في CMP على مكونات ضارة بالبيئة. يعد البحث والتطوير لعمليات ومواد CMP أكثر صداقة للبيئة واستدامة من التحديات المهمة.

6) الذكاء والأتمتة: في حين أن مستوى الذكاء والأتمتة لأنظمة CMP يتحسن تدريجياً، إلا أنه لا يزال يتعين عليها التعامل مع بيئات الإنتاج المعقدة والمتغيرة. يعد تحقيق مستويات أعلى من الأتمتة والمراقبة الذكية لتحسين كفاءة الإنتاج تحديًا يجب معالجته.

7) التحكم في التكاليف: يتضمن CMP تكاليف عالية للمعدات والمواد. يحتاج المصنعون إلى تحسين أداء العملية مع السعي إلى تقليل تكاليف الإنتاج للحفاظ على القدرة التنافسية في السوق.