Wafer CMP Polishing Slurry คืออะไร?

น้ำยาขัดเงา Wafer CMPเป็นวัสดุของเหลวสูตรพิเศษที่ใช้ในกระบวนการ CMP ของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ประกอบด้วยน้ำ สารกัดกรด สารกัดกร่อน และสารลดแรงตึงผิว ซึ่งช่วยให้สามารถกัดกรดและขัดเงาด้วยกลไกได้วัตถุประสงค์หลักของสารละลายคือการควบคุมอัตราการกำจัดวัสดุออกจากพื้นผิวเวเฟอร์อย่างแม่นยำในขณะเดียวกันก็ป้องกันความเสียหายหรือการกำจัดวัสดุมากเกินไป

1. องค์ประกอบและฟังก์ชันทางเคมี

ส่วนประกอบหลักของ Wafer CMP Polishing Slurry ประกอบด้วย:

• อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อน: สารกัดกร่อนทั่วไป เช่น ซิลิกา (SiO2) หรืออลูมินา (Al2O3) อนุภาคเหล่านี้ช่วยในการขจัดส่วนที่ไม่เรียบของพื้นผิวเวเฟอร์
• การกัดกรดทางเคมี: เช่น กรดไฮโดรฟลูออริก (HF) หรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ซึ่งเร่งการกัดผิวของวัสดุพื้นผิวเวเฟอร์
• สารลดแรงตึงผิว: ช่วยกระจายสารละลายอย่างสม่ำเสมอและเพิ่มประสิทธิภาพในการสัมผัสกับพื้นผิวเวเฟอร์
• สารปรับค่า pH และสารเติมแต่งอื่นๆ: ใช้เพื่อปรับ pH ของสารละลายเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพสูงสุดภายใต้สภาวะเฉพาะ

2. หลักการทำงาน

หลักการทำงานของ Wafer CMP Polishing Slurry ผสมผสานการกัดด้วยสารเคมีและการเสียดสีทางกล ขั้นแรก สารกัดกรดจะละลายวัสดุบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งจะทำให้บริเวณที่ไม่เรียบอ่อนตัวลง จากนั้น อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในสารละลายจะขจัดส่วนที่ละลายออกด้วยแรงเสียดทานทางกล ด้วยการปรับขนาดอนุภาคและความเข้มข้นของสารกัดกร่อน ทำให้สามารถควบคุมอัตราการขจัดได้อย่างแม่นยำ การกระทำแบบคู่นี้ส่งผลให้พื้นผิวเวเฟอร์มีระนาบสูงและเรียบ

การใช้งานของ Wafer CMP Polishing Slurry

การผลิตเซมิคอนดักเตอร์

CMP เป็นก้าวสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากเทคโนโลยีชิปก้าวหน้าไปสู่โหนดที่มีขนาดเล็กลงและมีความหนาแน่นสูงขึ้น ข้อกำหนดสำหรับความเรียบของพื้นผิวเวเฟอร์จึงเข้มงวดมากขึ้น Wafer CMP Polishing Slurry ช่วยให้สามารถควบคุมอัตราการขจัดและความเรียบของพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตเศษที่มีความแม่นยำสูง

ตัวอย่างเช่น เมื่อผลิตชิปที่ 10 นาโนเมตรหรือโหนดกระบวนการที่เล็กกว่า คุณภาพของ Wafer CMP Polishing Slurry จะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพและผลผลิตของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เพื่อให้ตรงตามโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น สารละลายจำเป็นต้องทำงานแตกต่างออกไปเมื่อขัดวัสดุต่างๆ เช่น ทองแดง ไทเทเนียม และอลูมิเนียม

การแบ่งชั้นของเลเยอร์การพิมพ์หิน

ด้วยความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของการพิมพ์หินด้วยแสงในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ การจัดระนาบของชั้นการพิมพ์หินจึงทำได้โดยผ่านกระบวนการ CMP เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของการพิมพ์หินด้วยแสงระหว่างการเปิดรับแสง พื้นผิวเวเฟอร์จะต้องเรียบสนิท ในกรณีนี้ Wafer CMP Polishing Slurry ไม่เพียงแต่ขจัดความหยาบของพื้นผิวเท่านั้น แต่ยังรับประกันว่าจะไม่เกิดความเสียหายกับแผ่นเวเฟอร์ ช่วยให้กระบวนการที่ตามมาดำเนินไปได้อย่างราบรื่น

เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

ในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง Wafer CMP Polishing Slurry ก็มีบทบาทสำคัญในเช่นกัน ด้วยการเพิ่มขึ้นของเทคโนโลยี เช่น วงจรรวม 3 มิติ (3D-IC) และบรรจุภัณฑ์ระดับเวเฟอร์แบบกระจายออก (FOWLP) ข้อกำหนดสำหรับความเรียบของพื้นผิวเวเฟอร์จึงเข้มงวดยิ่งขึ้น การปรับปรุง Wafer CMP Polishing Slurry ช่วยให้สามารถผลิตเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้กระบวนการผลิตมีความปลีกย่อยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

แนวโน้มการพัฒนาสารละลายขัดเงา Wafer CMP

1. ก้าวไปสู่ความแม่นยำที่สูงขึ้น

เมื่อเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ก้าวหน้า ขนาดของชิปยังคงหดตัว และความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับการผลิตก็มีความต้องการมากขึ้น ดังนั้น Wafer CMP Polishing Slurry จึงต้องพัฒนาเพื่อให้ได้ความแม่นยำสูงขึ้น ผู้ผลิตกำลังพัฒนาสารละลายที่สามารถควบคุมอัตราการขจัดออกและความเรียบของพื้นผิวได้อย่างแม่นยำ ซึ่งจำเป็นสำหรับโหนดกระบวนการขนาด 7 นาโนเมตร 5 นาโนเมตร และแม้แต่ขั้นสูงกว่านั้น

2. การมุ่งเน้นด้านสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืน

เนื่องจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมมีความเข้มงวดมากขึ้น ผู้ผลิตสารละลายจึงกำลังทำงานเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น การลดการใช้สารเคมีที่เป็นอันตรายและเพิ่มความสามารถในการรีไซเคิลและความปลอดภัยของสารละลายกลายเป็นเป้าหมายสำคัญในการวิจัยและพัฒนาสารละลาย

3. ความหลากหลายของวัสดุเวเฟอร์

วัสดุเวเฟอร์ที่แตกต่างกัน (เช่น ซิลิคอน ทองแดง แทนทาลัม และอะลูมิเนียม) ต้องใช้สารละลาย CMP ประเภทต่างๆ เนื่องจากมีการนำวัสดุใหม่ๆ มาใช้อย่างต่อเนื่อง สูตรของ Wafer CMP Polishing Slurry จึงต้องได้รับการปรับและปรับปรุงให้ตรงตามความต้องการในการขัดเงาเฉพาะของวัสดุเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับการผลิต high-k metal gate (HKMG) และการผลิตหน่วยความจำแฟลช 3D NAND การพัฒนาสารละลายที่ปรับให้เหมาะกับวัสดุใหม่กำลังมีความสำคัญมากขึ้น