今天,听到同事吐槽:“刻槽太慢了,很影响效率,干嘛要刻槽呢?”抛光垫上的槽,到底有什么用?不刻槽行不行呢?下面我就来回答一下。
开槽最核心的作用,可以总结成四个字:导液排屑。抛光液可以沿着槽快速进入抛光区域,同时,抛光过程中产生的废液和磨屑也能够通过这些通道被带走。
仔细观察不同CMP抛光垫,会发现它们的纹路并不一样。常见的包括:同心圆槽、放射槽、网格槽、螺旋槽,以及各种组合槽型。为什么不统一?因为不同CMP工艺,对抛光液流动、材料去除率以及晶圆表面均匀性的要求并不一样。
比如,同心圆槽就像一圈一圈的环形道路。放射槽则像从市中心向四周延伸的道路。网格槽则像城市里的棋盘格。不同的槽型,会改变抛光液在抛光垫表面的:流动路径、停留时间和分布状态。最终影响的,就是晶圆表面的抛光效果。所以,抛光垫开槽并不是拿刀随便划几下。槽的宽度、深度、间距、角度、排列方式,都可能影响CMP表现。
槽还有一个非常重要的作用:留住抛光液。很多人会觉得:既然抛光液是液体,那直接倒上去不就行了吗?问题在于,CMP不是静止的,晶圆和抛光盘都在高速运动。如果抛光垫完全光滑,抛光液很容易在离心力和相对运动作用下迅速被甩开。
而开槽以后,抛光液可以进入这些沟槽,在抛光垫表面形成更加稳定的流动通道。这有助于提高抛光液的输运效率。更重要的是,抛光液中含有真正参与材料去除的关键成分,例如磨粒、氧化剂、络合剂等。抛光液不是水,它本身就是CMP工艺的核心参与者。因此,让抛光液均匀到达晶圆表面,非常重要。
开槽还可以提高去除率,这是CMP一个非常重要的指标。开槽之后,槽边缘位置的剪切应力会大一些,切削效果更好,去除率上升。同时,抛光液供应情况、晶圆与抛光垫之间的接触状态、磨屑排出能力等,都会影响材料去除率。而槽型设计又会影响这些因素。因此,同样的材料、同样的抛光液,如果换一个不同槽型的抛光垫,CMP表现可能就不一样。
CMP最怕什么?很多时候,不是磨不掉,而是:磨得不均匀。晶圆中心磨得快,边缘磨得慢;或者边缘磨得太快,中间磨得太慢,都会影响最终结果。
先进芯片制造对晶圆平坦度的要求非常高。所以,抛光垫上的槽型设计,必须和抛光液、压力、转速、晶圆尺寸等工艺参数协同匹配。这也是为什么不同晶圆厂、不同材料、不同CMP工艺,可能采用不同的抛光垫设计。
槽型,本质上也是CMP工艺窗口的一部分。
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