เทคโนโลยี CMP เปลี่ยนโฉมภูมิทัศน์ของการผลิตชิปอย่างไร

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จุดศูนย์กลางของเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ค่อยๆ กลายเป็น "เทคโนโลยีเก่า" ไปแล้ว -ซีเอ็มพี(การขัดเงาด้วยเคมีกล) เมื่อ Hybrid Bonding กลายเป็นบทบาทนำของบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงรุ่นใหม่ CMP จะค่อยๆ ย้ายจากเบื้องหลังไปสู่จุดสนใจ

นี่ไม่ใช่การฟื้นตัวของเทคโนโลยี แต่เป็นการกลับไปสู่ตรรกะทางอุตสาหกรรม เบื้องหลังการก้าวกระโดดทุกยุคสมัย มีวิวัฒนาการร่วมกันของความสามารถโดยละเอียด และ CMP ก็คือ "ราชาแห่งรายละเอียด" ที่เรียบง่ายแต่มีความสำคัญอย่างยิ่ง

ตั้งแต่การราบเรียบแบบดั้งเดิมไปจนถึงกระบวนการสำคัญ

การดำรงอยู่ของ CMP ไม่เคยมีไว้เพื่อ "นวัตกรรม" ตั้งแต่แรกเริ่ม แต่เพื่อ "การแก้ปัญหา"

คุณยังจำโครงสร้างการเชื่อมต่อแบบหลายโลหะระหว่างช่วงโหนด0.8μm, 0.5μm และ0.35μm ได้หรือไม่ ย้อนกลับไปตอนนั้น ความซับซ้อนของการออกแบบชิปยังน้อยกว่าในปัจจุบันมาก แต่แม้กระทั่งสำหรับเลเยอร์การเชื่อมต่อโครงข่ายขั้นพื้นฐานที่สุด หากไม่มีการจัดระนาบพื้นผิวโดย CMP ความลึกของโฟกัสที่ไม่เพียงพอสำหรับการพิมพ์หินด้วยแสง ความหนาในการแกะสลักที่ไม่สม่ำเสมอ และการเชื่อมต่อระหว่างเลเยอร์ที่ล้มเหลว ล้วนเป็นปัญหาร้ายแรง

เข้าสู่ยุคหลังยุคกฎของมัวร์ เราไม่เพียงแค่ไล่ตามการลดขนาดชิปอีกต่อไป แต่ยังให้ความสำคัญกับการซ้อนและการบูรณาการในระดับระบบมากขึ้น Hybrid Bonding, 3D DRAM, CUA (CMOS under array), COA (CMOS over array)... โครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ "อินเทอร์เฟซที่ราบรื่น" ไม่ใช่อุดมคติอีกต่อไปแต่เป็นสิ่งจำเป็น

อย่างไรก็ตาม CMP ไม่ใช่ขั้นตอนการวางแผนแบบธรรมดาอีกต่อไป มันกลายเป็นปัจจัยชี้ขาดต่อความสำเร็จหรือความล้มเหลวของกระบวนการผลิต

การเชื่อมแบบไฮบริดนั้นเป็นกระบวนการเชื่อมชั้นโลหะ-โลหะ + อิเล็กทริกที่ระดับอินเทอร์เฟซ ดูเหมือนว่าจะ "พอดี" แต่จริงๆ แล้ว จุดเชื่อมต่อเป็นจุดเชื่อมต่อที่มีความต้องการมากที่สุดจุดหนึ่งในเส้นทางอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงทั้งหมด:

• ความหยาบของพื้นผิวต้องไม่เกิน 0.2 นาโนเมตร
• Copper Dishing จะต้องได้รับการควบคุมภายใน 5 นาโนเมตร (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ของการหลอมที่อุณหภูมิต่ำ)
• ขนาด ความหนาแน่นในการกระจาย และสัณฐานวิทยาทางเรขาคณิตของแผ่น Cu ส่งผลโดยตรงต่ออัตราโพรงและผลผลิต
• ความเค้นของเวเฟอร์ ส่วนโค้ง การบิดเบี้ยว และความหนาไม่สม่ำเสมอทั้งหมดจะถูกขยายเป็น "ตัวแปรร้ายแรง"
• การสร้างชั้นออกไซด์และโมฆะในระหว่างกระบวนการหลอมต้องอาศัย "ความสามารถในการควบคุมที่ฝังไว้ล่วงหน้า" ของ CMP ล่วงหน้าด้วย

และ คสช. ที่นี่รับหน้าที่ปิดฉากก่อน "แกรนด์ฟินาเล่"

ไม่ว่าพื้นผิวจะเรียบเพียงพอ ทองแดงสว่างเพียงพอหรือไม่ และความหยาบน้อยเพียงพอจะเป็นตัวกำหนด "เส้นเริ่มต้น" ของกระบวนการบรรจุภัณฑ์ที่ตามมาทั้งหมดหรือไม่

ความท้าทายด้านกระบวนการ: ไม่ใช่แค่ความสม่ำเสมอเท่านั้น แต่ยังรวมถึง "ความสามารถในการคาดการณ์" ด้วย

จากเส้นทางการแก้ปัญหาของ Applied Materials ความท้าทายของ CMP มีมากกว่าความสม่ำเสมอ:

• Lot-to-Lot (ระหว่างแบตช์)
• Wafer-to-Wafer (ระหว่างเวเฟอร์
• ภายในเวเฟอร์
• ภายในตาย

ในขณะเดียวกัน เมื่อโหนดกระบวนการก้าวหน้าไป ทุกตัวบ่งชี้การควบคุม Rs (ความต้านทานของแผ่น) ความแม่นยำในการเจียร/รอยเว้า และความหยาบ Ra จะต้องอยู่ที่ความแม่นยำ "ระดับนาโนเมตร" นี่ไม่ใช่ปัญหาที่สามารถแก้ไขได้ด้วยการปรับพารามิเตอร์อุปกรณ์อีกต่อไป แต่เป็นการควบคุมการทำงานร่วมกันในระดับระบบ:

• ซีเอ็มพี ได้พัฒนาจากกระบวนการอุปกรณ์จุดเดียวไปสู่การดำเนินการระดับระบบที่ต้องใช้การรับรู้ การตอบรับ และการควบคุมแบบวงปิด
• ตั้งแต่ระบบตรวจสอบแบบเรียลไทม์ RTPC-XE ไปจนถึงการควบคุมแรงดันพาร์ติชัน Multi-Zone Head ตั้งแต่สูตร Slurry ไปจนถึงอัตราส่วนการบีบอัดของ Pad ตัวแปรทุกตัวสามารถสร้างแบบจำลองได้อย่างแม่นยำเพียงเพื่อให้บรรลุเป้าหมายเดียว นั่นก็คือ เพื่อทำให้พื้นผิว "สม่ำเสมอและควบคุมได้" เหมือนกระจก

"หงส์ดำ" ของการเชื่อมต่อระหว่างโลหะ: โอกาสและความท้าทายสำหรับอนุภาคทองแดงขนาดเล็ก

รายละเอียดที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักอีกประการหนึ่งคือ Small Grain Cu กลายเป็นเส้นทางวัสดุที่สำคัญสำหรับการเชื่อมแบบไฮบริดที่อุณหภูมิต่ำ

ทำไม เนื่องจากทองแดงที่มีเม็ดเล็กมีแนวโน้มที่จะสร้างการเชื่อมต่อ Cu-Cu ที่เชื่อถือได้ที่อุณหภูมิต่ำ

อย่างไรก็ตาม ปัญหาคือทองแดงที่มีเม็ดเล็กมีแนวโน้มที่จะเกิดการ Dishing มากกว่าในระหว่างกระบวนการ CMP ซึ่งนำไปสู่กระบวนการหดตัวโดยตรง และความยากลำบากในการควบคุมกระบวนการก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก สารละลาย? มีเพียงการสร้างแบบจำลองพารามิเตอร์ CMP และระบบควบคุมป้อนกลับที่แม่นยำยิ่งขึ้นเท่านั้นที่สามารถรับประกันได้ว่าเส้นโค้งการขัดเงาภายใต้เงื่อนไขทางสัณฐานวิทยา Cu ที่แตกต่างกันนั้นสามารถคาดเดาและปรับได้

นี่ไม่ใช่ความท้าทายของกระบวนการจุดเดียว แต่เป็นความท้าทายต่อความสามารถของแพลตฟอร์มกระบวนการ

บริษัท Vetek เชี่ยวชาญด้านการผลิตน้ำยาขัดเงา ซีเอ็มพี,หน้าที่หลักของมันคือเพื่อให้ได้ความเรียบและการขัดเงาที่ดีของพื้นผิววัสดุภายใต้ผลเสริมฤทธิ์กันของการกัดกร่อนของสารเคมีและการบดเชิงกลเพื่อตอบสนองความต้องการความเรียบและคุณภาพพื้นผิวในระดับนาโน