Tendința tehnologică a echipamentelor CMP

Existau aproximativ 15 producători de echipamente CMP în jurul lui 1995. Cu o competiție intensă și o creștere a nivelului de tehnologie, cei mai mulți producători au dispărut de pe piață. În prezent, Applied Materials (AMAT) și Ebara Corporation domină piața (Doi 2013). Figura 9 prezintă un exemplu de mașină CMP de la Ebara Corporation. Toți producătorii folosesc aceeași metodă de prelucrare pentru a obține referința standard pentru suprafața plachetei; însă, metoda și mecanismul capului pentru a obține o presiune uniformă sunt diferite pentru fiecare companie de producție. În mod obișnuit, este utilizată o metodă de air-bag care presează placheta din partea din spate a plachetei. Figura 10 prezintă un exemplu de model al capului de lustruit de la Tokyo Seimitsu Co.

Recent, fiecare producător de echipamente îmbunătățește perfecțiunea mașinii, deși fiecare companie are propria abordare. Applied Materials se concentrează pe tehnici de control, cum ar fi controalele proceselor, mai degrabă decât pe îmbunătățirea hardware-ului. O tehnică de control numită control al procesului în timp real (real-time process control = RTPC) monitorizează profilele de lustruire, identifică cele mai bune condiții de lustruire și ajustează starea în timp real în timpul procesului. Tehnologia de detectare optică a punctelor finale este, de asemenea, îmbunătățită. În mod convențional, punctul final a fost detectat cu un sistem numit ISRM, care utilizează fascicule laser. În prezent, ei folosesc o tehnologie numită FullVisionTM care utilizează lumină cu mai multe lungimi de undă (The Semiconductor Industry 2008). Ei folosesc, de asemenea, o fereastră încorporată într-un tampon numit Window-In-PadTM pentru a observa suprafața plachetei.

Ebara Corporation utilizează tehnologia lor de simulare pentru a efectua analize de fluide și analize structurale. Ei fac simularea și procesul real în paralel și evaluează rezultatul (Tabata 2009). În ceea ce privește minimizarea zonei de excludere a marginilor, ei analizează solicitarea la roll-off-ul marginii și evaluează modul în care forma roll-off-ului are o influență asupra distribuției presiunii în timpul lustruirii (Hiyama et al. 2008).

Tokyo Seimitsu depune mai multe eforturi pe tehnologiile componente noi. De exemplu, ei au dezvoltat și au anunțat un sistem de detectare a punctului final folosind curent Eddy dintr-un efect de piele. Figura 11 este mecanismul fundamental al detectării punctului final folosind un efect de piele. După cum se arată în figură, punctul final este determinat prin detectarea maximului de curent Eddy indus de un efect de piele în timpul lustruirii sub un câmp magnetic de înaltă frecvență generat de o bobină plană. Sensibilitatea de detecție în apropierea punctului final poate fi crescută prin reducerea pătrunderii câmpului magnetic în dispozitive (Fukuda et al. 2009).

Mașinile CMP standard actuale de majoritatea producătorilor au capete de lustruire cu control al presiunii multi-zonă (Fig. 12) pentru a îmbunătăți o uniformitate maimare în condiții de presiune mai scăzută, ceea ce este necesar pentru a asigura procesul de lustruire a structurii de interconectare Cu/low-k. Când presiunea este redusă, rata de îndepărtare este, de asemenea, redusă. Pentru a suplimenta pierderea vitezei, trebuie dezvoltată o suspensie mai eficientă. În acest context, E-CMP care aplică electro-prelucrare este atractivă, deoarece poate atinge o rată mare de îndepărtare cu frecare minimă în timpul CMP.

Materiale consumabile: Suspensie și tampoane

Aici este explicată tendința recentă a suspensiei și tampoanelor ca materiale consumabile, care sunt destul de importante pentru realizarea tehnologiei CMP, așa cum se arată în Fig. 3. Printre mai multe tipuri de suspensie pentru CMP, unul pentru W a arătat un nivel suficient de calitate. Fiecare producător dezvoltă suspensie de înaltă performanță pentru STI, Cu și alte materiale, în special unul având caracteristici non-prestoniene. Hitachi Chemical a anunțat suspensie de cerie nano-coloidală de 5 nm, care poate atinge o viteză de îndepărtare de peste 100 nm/min pentru un strat de oxid la o concentrație de 0,01% în greutate sau mai mult. Este de remarcat faptul că rata de îndepărtare de 400 nm/min a fost obținută la 0,1% în greutate din concentrație (Ryuzaki et al. 2009). Figura 13 rezumă caracteristicile diferitelor tipuri de suspensie pentru STI și în principal dielectricul interstrat.

Pe de altă parte, suspensia pentru metalele de linie este diferită de una pentru izolatoare. De exemplu, oxidantul este indispensabil pentru metalele de linie precum Cu și W sau metalele de barieră precum TiN, Ta și TaN. În prezent, în loc de peroxidul de hidrogen convențional, oamenii încep să folosească APS (ammonium persulfate) care are o capacitate mare de aplatizare, deși durata de viață este scurtă. Acest lucru se datorează faptului că lustruirea metalului are un mecanism în care oxidantul formează un strat de oxid pe suprafața lucrării, iar stratul de oxid slăbit este îndepărtat cu abrazivi și un tampon. Pentru metalizarea recentă cu Cu îngropat, pelicula de Ru este considerată un înlocuitor de Ta sau TaN pentru a îmbunătăți acoperirea în galvanizarea cu Cu. Pelicula Ru necesită un nou tip de suspensie; prin urmare, dezvoltarea suspensiei de performanță mai mare este din ce în ce mai activă.

În ceea ce privește tampoanele CMP, pe lângă tampoanele IC standard din spumă poliuretanică (Fig. 3/R&H corp.), sunt dezvoltate tampoane mai noi. De exemplu, tampoanele WSP (water soluble particle) de la JSR Corp. și tampoane fără halogen de la Toray Corp. sunt disponibile pe piață. Recent, Cabot Microelectronics Corp., care este un furnizor de top de suspensii, a anunțat că un Epic Pad (D100) spumat cu dioxid de carbon gazos ar putea minimiza eroziunea prin concavitate (dishing). Figura 14 prezintă exemplul de distribuție a porilor pentru Epic Pad (D100 și D200) observat cu un microscop electronic.