01-硅片是什麽?硅片的表面为何这么平滑?
硅片,也叫晶片,是制作晶片及各类半导体装置的主要原料。晶片一般都是经过完美处理的,像是镜子,又像是宝石,那么,为什么要把它打磨成这样?晶片经过研磨,切割成一块块的晶片,在制作的时候,会不断地将晶片打磨,以保证产品的平整性,特别是在光刻的时候,晶片的表面必须要平整。
随着芯片工艺的不断发展,为了达到纳米级别的成像分辨率,必须加大透镜的数字孔径,但是这也会使光学系统的焦深降低。为了使光刻影像更清楚,晶片表面的高低起伏一定要保持在焦点附近。这样,晶片的平面和厚度都不均匀,就会造成光刻在高程和高程上的困难。
02-CMP技术是什么?
在芯片工厂中,最常用的抛光工艺称为CMP。CMP制程时,将晶片置于仪器上,将其面朝下压在研磨板上进行研磨,同时将研磨液注入研磨液,将晶片的表面腐蚀、氧化,然后物理除去,最后将晶片打磨到最平滑的程度。CMP工艺的关键在于抛光溶液和抛光垫。
(1)抛光液
研磨液的配方是厂家的秘密,通常是用液体刻蚀溶剂,分散剂,pH调节剂,以及固体研磨材料。在磨削时,用腐蚀性的溶液来软化晶片的表面,所以要精确地控制各种湿法化学品的纯度、比例和浓度的改变,以确保腐蚀速率的稳定性和高的选比。研磨溶液中的固体研磨剂用于辅助研磨,以定量地除去被侵蚀的表面。分散剂用于阻止研磨溶液中细小粒子的沉淀和积聚。
研磨溶液要当场配制,并马上使用。通过测定体积或液面,保证不同配料的比例,可实现现场加工。先进的芯片加工工艺,采用无接触测量方法进行配比,并使用高精度的自动称量模块,使得每一次的精确调配达到0.5克。
*高精度称量
*pH传感器,耐微粒,耐腐蚀
在经过浓度、pH等测试后,继续在磨削过程中不断的注射,使研磨液始终处于流动状态,有效地将研磨过程中的热能和碎片带走。所以,研磨液属于消耗品,加工得越精细,废液的回收就越困难。
(2)抛光垫
磨砂垫也是一种消耗品,必须经常进行替换。抛光垫通常是用具有多孔结构的聚合物材料制作而成,这种多孔结构不仅能产生磨削表面的粗糙度,而且在磨削时也能更好地容纳和吸收抛光液。但是,随着使用时间的推移,抛光垫的表面粗糙程度会逐渐降低,磨削效果也会随之降低,而且会在每个磨削过程中产生残余物质,从而对晶片产生刮痕。因此,抛光垫要经常更换和保养。同时,为了获得最佳的磨削效果和均匀性,还需一段时间的磨合。
03-CMP在晶片生产中的应用?
在晶片出现之前,CMP就被用来对像望远镜镜片这样的精密仪器进行抛光。相对于单一材料的晶片而言,晶片的制造工艺更为精细、精细,并且在制造过程中对洁净度有极高的要求,所以虽然CMP抛光的效果不错,但因为使用了微粒微粒作为研磨材料,所以晶圆厂一直不敢使用。
直到80年代,由于日本企业的竞争,IBM不得不将晶片的各个层面都打磨平整,以生产出多层的金属薄片,于是开始尝试采用CMP技术。在经过大量的试验后,IBM渐渐掌握了磨砂技术,通过抛光和湿法清洗,CMP成为了一种重要的晶圆加工技术,并迅速应用于半导体行业。
对于0.35μm以下的芯片,CMP已成为各大芯片厂商必须使用的平板工艺。随着半导体工艺的不断发展,芯片的结构越来越复杂,CMP技术的应用也越来越受到重视。小于90nm时,CMP工序一般不会超过10个,抛光溶液的类型也不会多于5~6个;在14nm以下的工艺过程中,CMP工序多达30次,抛光溶液的类型也有20多种。
CMP技术也有很多缺陷。比如,在光刻中,由于机械研磨工艺容易产生过多的磨削,很难保证高的选配比例,而依靠设备的末端检测,而转动抛光又会导致圆片表面的旋转式套筒产生偏移,从而影响到以后的光刻工艺。随着芯片的平面化需求的不断提升,抛光工艺中的杂质含量和精确度将成为CMP研磨工艺的一个重要课题。
最平滑的人工制品是新一代EUV光刻机透镜,其表面粗糙度只有0.02毫微米,采用了流水式无影接触抛光技术和电浆冲击研磨技术。与CMP工艺相比,其精确度、成本以及抛光效率都需要进一步提高,因此,我们将继续致力于更有效、更细致的研磨与测试技术的发展。
梅特勒托利多辅助CMP制程
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1.测定湿态电子化学物质的浓度和pH值,硅片称重,光刻胶水分含量测定,电镀液金属离子含量测定,封装基片的热特性检测;
2.对生产中的主要工序进行配料控制、料位监控、原料计量等进行数据的管理;
3.在线监测超纯水的pH值,电导率,溶解氧,TOC等重要指标;
4.湿式电子化学品的自动充填和光阻剂的设计。