מהן השיטות לליטוש ופל?

מבין כל התהליכים הכרוכים ביצירת שבב, הגורל הסופי של הרָקִיקיש לחתוך לקוביות בודדות ולארוז בקופסאות קטנות וסגורות עם רק כמה סיכות חשופות. השבב יוערך על סמך ערכי הסף, ההתנגדות, הזרם והמתח שלו, אך איש לא ישקול את המראה שלו. במהלך תהליך הייצור, אנו מלטשים שוב ושוב את הפרוסה כדי להשיג את התכנון הדרוש, במיוחד עבור כל שלב פוטוליתוגרפיה. הרָקִיקפני השטח חייב להיות שטוח במיוחד מכיוון שככל שתהליך ייצור השבבים מתכווץ, העדשה של מכונת הפוטוליתוגרפיה צריכה להשיג רזולוציה בקנה מידה ננומטרי על ידי הגדלת הצמצם המספרי (NA) של העדשה. עם זאת, זה מקטין בו זמנית את עומק המיקוד (DoF). עומק המיקוד מתייחס לעומק שבו המערכת האופטית יכולה לשמור על מיקוד. כדי להבטיח שתמונת הפוטוליתוגרפיה תישאר ברורה וממוקדת, וריאציות פני השטח של הרָקִיקחייב ליפול בתוך עומק המיקוד.

במילים פשוטות, מכונת הפוטוליתוגרפיה מקריבת את יכולת המיקוד לשיפור דיוק ההדמיה. לדוגמה, למכונות הפוטוליתוגרפיה של EUV מהדור החדש יש צמצם מספרי של 0.55, אך עומק הפוקוס האנכי הוא 45 ננומטר בלבד, עם טווח הדמיה אופטימלי קטן עוד יותר במהלך הפוטוליתוגרפיה. אם הרָקִיקאינו שטוח, בעל עובי לא אחיד או גליות פני השטח, הוא יגרום לבעיות במהלך פוטוליתוגרפיה בנקודות הגבוהות והנמוכות.

פוטוליתוגרפיה היא לא התהליך היחיד הדורש חלקרָקִיקמִשׁטָח. תהליכי ייצור רבים אחרים של שבבים דורשים גם ליטוש פרוס. לדוגמה, לאחר תחריט רטוב, יש צורך בליטוש כדי להחליק את המשטח המחוספס לצורך ציפוי ותצהיר לאחר מכן. לאחר בידוד תעלה רדודה (STI), נדרש ליטוש כדי להחליק את עודפי הסיליקון הדו-חמצני ולהשלים את מילוי התעלה. לאחר שקיעת מתכת, יש צורך בליטוש כדי להסיר שכבות מתכת עודפות ולמנוע קצר חשמלי במכשיר.

לכן, לידתו של שבב כרוכה במספר שלבי ליטוש כדי להפחית את החספוס של הפרוסה ואת וריאציות פני השטח ולהסיר עודפי חומר מהמשטח. בנוסף, פגמים על פני השטח הנגרמים על ידי בעיות תהליכיות שונות על הפרוסה מתגלים לעתים קרובות רק לאחר כל שלב ליטוש. לפיכך, המהנדסים האחראים על הליטוש נושאים באחריות משמעותית. הם הדמויות המרכזיות בתהליך ייצור השבבים ולעתים קרובות נושאים באשמה בפגישות הייצור. הם חייבים להיות מיומנים גם בתחריט רטוב וגם בתפוקה פיזית, כטכניקות הליטוש העיקריות בייצור שבבים.

מהן שיטות ליטוש הוופל?

ניתן לסווג תהליכי ליטוש לשלוש קטגוריות עיקריות המבוססות על עקרונות האינטראקציה בין נוזל הליטוש למשטח פרוסות הסיליקון:

1. שיטת ליטוש מכני:
ליטוש מכני מסיר את בליטות המשטח המלוטש באמצעות חיתוך ועיוות פלסטי להשגת משטח חלק. הכלים הנפוצים כוללים אבני שמן, גלגלי צמר ונייר זכוכית, המופעלים בעיקר ביד. חלקים מיוחדים, כגון משטחים של גופים מסתובבים, יכולים להשתמש בפטיפונים ובכלי עזר אחרים. עבור משטחים עם דרישות איכות גבוהות, ניתן להשתמש בשיטות ליטוש עדינות במיוחד. ליטוש סופר עדין משתמש בכלים שוחקים שנעשו במיוחד, אשר בנוזל ליטוש המכיל שוחקים, נלחצים בחוזקה על פני השטח של חומר העבודה ומסתובבים במהירות גבוהה. טכניקה זו יכולה להשיג חספוס פני השטח של Ra0.008μm, הגבוה ביותר מבין כל שיטות הליטוש. שיטה זו משמשת בדרך כלל עבור תבניות עדשות אופטיות.

2. שיטת ליטוש כימי:
ליטוש כימי כרוך בהמסה מועדפת של המיקרו בליטות על פני החומר בתווך כימי, וכתוצאה מכך משטח חלק. היתרונות העיקריים של שיטה זו הם היעדר צורך בציוד מורכב, יכולת ליטוש של חלקי עבודה בצורת מורכבות ויכולת ללטש חלקי עבודה רבים בו זמנית ביעילות גבוהה. נושא הליבה של ליטוש כימי הוא הניסוח של נוזל הליטוש. חספוס פני השטח המושג על ידי ליטוש כימי הוא בדרך כלל כמה עשרות מיקרומטרים.

3. שיטת ליטוש כימי מכני (CMP):
לכל אחת משתי שיטות הליטוש הראשונות יש את היתרונות הייחודיים לה. שילוב של שתי השיטות הללו יכול להשיג השפעות משלימות בתהליך. ליטוש מכני כימי משלב חיכוך מכני ותהליכי קורוזיה כימיים. במהלך CMP, הריאגנטים הכימיים בנוזל הליטוש מחמצנים את חומר המצע המלוטש, ויוצרים שכבת תחמוצת רכה. שכבת תחמוצת זו מוסרת לאחר מכן באמצעות חיכוך מכני. חזרה על תהליך החמצון וההסרה המכאנית הזו משיגה ליטוש יעיל.

אתגרים ובעיות נוכחיות בליטוש כימי מכני (CMP):

CMP מתמודדת עם מספר אתגרים ונושאים בתחומי הטכנולוגיה, הכלכלה וקיימות סביבתית:

1) עקביות תהליכים: השגת עקביות גבוהה בתהליך CMP נותרה מאתגרת. אפילו בתוך אותו קו ייצור, שינויים קלים בפרמטרים של תהליך בין אצוות או ציוד שונים יכולים להשפיע על עקביות המוצר הסופי.

2) התאמה לחומרים חדשים: ככל שחומרים חדשים ממשיכים להופיע, טכנולוגיית CMP חייבת להתאים את עצמם למאפיינים שלהם. ייתכן שחלק מהחומרים המתקדמים לא יהיו תואמים לתהליכי CMP המסורתיים, המחייבים פיתוח של נוזלי ליטוש וחומרי שיוף מתאימים יותר.

3) השפעות גודל: ככל שממדי התקן מוליכים למחצה ממשיכים להתכווץ, בעיות הנגרמות על ידי השפעות גודל הופכות למשמעותיות יותר. ממדים קטנים יותר דורשים שטוחות משטח גבוהה יותר, מה שמחייב תהליכי CMP מדויקים יותר.

4) בקרת קצב הסרת חומרים: ביישומים מסוימים, שליטה מדויקת בקצב הסרת החומרים עבור חומרים שונים היא קריטית. הבטחת שיעורי הסרה עקביים על פני שכבות שונות במהלך CMP חיונית לייצור מכשירים בעלי ביצועים גבוהים.

5) ידידותיות לסביבה: נוזלי הליטוש וחומרי הליטוש המשמשים ב-CMP עשויים להכיל רכיבים מזיקים לסביבה. מחקר ופיתוח של תהליכים וחומרים CMP ידידותיים יותר לסביבה וברי קיימא הם אתגרים חשובים.

6) אינטליגנציה ואוטומציה: בעוד שרמת המודיעין והאוטומציה של מערכות CMP משתפרות בהדרגה, הן עדיין חייבות להתמודד עם סביבות ייצור מורכבות ומשתנות. השגת רמות גבוהות יותר של אוטומציה וניטור חכם כדי לשפר את יעילות הייצור היא אתגר שצריך להתמודד איתו.

7) בקרת עלויות: CMP כרוכה בעלויות ציוד וחומרים גבוהות. היצרנים צריכים לשפר את ביצועי התהליך תוך חתירה להפחתת עלויות הייצור כדי לשמור על תחרותיות בשוק.