칩을 만드는 모든 과정 중에서 칩의 최종 운명은웨이퍼개별 다이로 자르고 몇 개의 핀만 노출된 작고 밀폐된 상자에 포장됩니다. 칩은 임계값, 저항, 전류 및 전압 값을 기준으로 평가되지만 누구도 외관을 고려하지 않습니다. 제조 과정에서 우리는 특히 각 포토리소그래피 단계에서 필요한 평탄화를 달성하기 위해 웨이퍼를 반복적으로 연마합니다. 그만큼웨이퍼칩 제조 공정이 축소됨에 따라 포토리소그래피 기계의 렌즈는 렌즈의 개구수(NA)를 늘려 나노미터 규모의 해상도를 달성해야 하기 때문에 표면이 극도로 평평해야 합니다. 그러나 이는 동시에 초점 심도(DoF)를 감소시킵니다. 초점 심도는 광학 시스템이 초점을 유지할 수 있는 깊이를 나타냅니다. 포토리소그래피 이미지가 선명하고 초점이 맞춰지도록 하기 위해,웨이퍼초점 심도 내에 있어야 합니다.
간단히 말해서, 포토리소그래피 기계는 이미징 정밀도를 향상시키기 위해 포커싱 능력을 희생합니다. 예를 들어 차세대 EUV 포토리소그래피 기계는 개구수가 0.55이지만 수직 초점 심도는 45나노미터에 불과하며 포토리소그래피 중에 최적의 이미징 범위가 훨씬 더 작습니다. 만약웨이퍼평평하지 않거나 두께가 고르지 않거나 표면 기복이 있는 경우 포토리소그래피 중 높은 지점과 낮은 지점에서 문제가 발생할 수 있습니다.
포토리소그래피는 매끄러운 공정이 필요한 유일한 공정은 아닙니다.웨이퍼표면. 다른 많은 칩 제조 공정에도 웨이퍼 연마가 필요합니다. 예를 들어, 습식 에칭 후 후속 코팅 및 증착을 위해 거친 표면을 매끄럽게 하기 위해 연마가 필요합니다. STI(Shallow Trench Isolation) 후에 과잉 이산화규소를 매끄럽게 하고 트렌치 충전을 완료하기 위해 연마가 필요합니다. 금속 증착 후 과도한 금속층을 제거하고 장치 단락을 방지하기 위해 연마가 필요합니다.
따라서 칩의 탄생에는 웨이퍼의 거칠기와 표면 변형을 줄이고 표면에서 과도한 재료를 제거하기 위한 수많은 연마 단계가 포함됩니다. 또한, 웨이퍼의 다양한 공정 문제로 인해 발생하는 표면 결함은 각 연마 단계 후에야 눈에 띄는 경우가 많습니다. 따라서 연마를 담당하는 엔지니어는 상당한 책임을 집니다. 그들은 칩 제조 과정의 중심 인물이며 종종 생산 회의에서 비난을 받습니다. 칩 제조의 주요 연마 기술인 Wet Etching과 Physical Output 모두에 능숙해야 합니다.
웨이퍼 연마 방법은 무엇입니까?
연마 공정은 연마액과 실리콘 웨이퍼 표면 사이의 상호 작용 원리에 따라 세 가지 주요 범주로 분류될 수 있습니다.
1. 기계적 연마 방법:
기계적 연마는 연마된 표면의 돌출부를 절단 및 소성 변형을 통해 제거하여 매끄러운 표면을 얻는 것입니다. 일반적인 도구로는 주로 손으로 조작하는 기름돌, 양모 바퀴, 사포 등이 있습니다. 회전체 표면과 같은 특수 부품에는 턴테이블 및 기타 보조 도구를 사용할 수 있습니다. 고품질 요구 사항이 있는 표면의 경우 초미세 연마 방법을 사용할 수 있습니다. 초미세 연마는 특수 제작된 연마 도구를 사용하여 연마제가 함유된 연마액에서 공작물 표면에 밀착되어 고속으로 회전합니다. 이 기술은 모든 연마 방법 중 가장 높은 Ra0.008μm의 표면 거칠기를 달성할 수 있습니다. 이 방법은 광학 렌즈 금형에 일반적으로 사용됩니다.
2. 화학적 연마 방법:
화학적 연마는 재료 표면의 미세 돌출부를 화학적 매체에 우선적으로 용해시켜 표면을 매끄럽게 만드는 작업입니다. 이 방법의 주요 장점은 복잡한 장비가 필요하지 않고, 복잡한 모양의 공작물을 연마할 수 있으며, 많은 공작물을 동시에 고효율로 연마할 수 있다는 것입니다. 화학적 연마의 핵심은 연마액의 배합이다. 화학적 연마에 의해 달성되는 표면 거칠기는 일반적으로 수십 마이크로미터입니다.
3. 화학기계연마(CMP) 방법:
처음 두 가지 연마 방법은 각각 고유한 장점을 가지고 있습니다. 이 두 가지 방법을 결합하면 프로세스에서 보완적인 효과를 얻을 수 있습니다. 화학적 기계적 연마는 기계적 마찰과 화학적 부식 과정을 결합합니다. CMP 동안 연마액의 화학 시약은 연마된 기판 재료를 산화시켜 부드러운 산화물 층을 형성합니다. 이 산화물 층은 기계적 마찰을 통해 제거됩니다. 이러한 산화 및 기계적 제거 과정을 반복하면 효과적인 연마가 이루어집니다.
화학기계연마(CMP)의 현재 과제와 문제:
CMP는 기술, 경제, 환경 지속 가능성 분야에서 여러 가지 과제와 문제에 직면해 있습니다.
1) 프로세스 일관성: CMP 프로세스에서 높은 일관성을 달성하는 것은 여전히 어려운 일입니다. 동일한 생산 라인 내에서도 서로 다른 배치 또는 장비 간 공정 매개변수의 사소한 변화가 최종 제품의 일관성에 영향을 미칠 수 있습니다.
2) 신소재에 대한 적응성: 신소재가 계속 등장함에 따라 CMP 기술은 그 특성에 적응해야 합니다. 일부 고급 재료는 기존 CMP 공정과 호환되지 않을 수 있으므로 보다 적합한 연마액 및 연마재의 개발이 필요합니다.
3) 크기 효과: 반도체 장치의 크기가 지속적으로 줄어들면서 크기 효과로 인한 문제가 더욱 심각해지고 있습니다. 치수가 작을수록 표면 평탄도가 높아야 하므로 더욱 정밀한 CMP 공정이 필요합니다.
4) 재료 제거 속도 제어: 일부 응용 분야에서는 다양한 재료에 대한 재료 제거 속도를 정밀하게 제어하는 것이 중요합니다. CMP 중 다양한 층에 걸쳐 일관된 제거율을 보장하는 것은 고성능 장치를 제조하는 데 필수적입니다.
5) 환경 친화성: CMP에 사용되는 연마액 및 연마재에는 환경에 유해한 성분이 포함될 수 있습니다. 보다 환경 친화적이고 지속 가능한 CMP 공정 및 재료에 대한 연구 및 개발은 중요한 과제입니다.
6) 지능화 및 자동화: CMP 시스템의 지능화 및 자동화 수준은 점차 향상되고 있지만 여전히 복잡하고 가변적인 생산 환경에 대처해야 합니다. 생산 효율성을 높이기 위해 더 높은 수준의 자동화와 지능형 모니터링을 달성하는 것은 해결해야 할 과제입니다.
7) 비용 통제: CMP에는 높은 장비 및 재료 비용이 포함됩니다. 제조업체는 시장 경쟁력을 유지하기 위해 생산 비용을 절감하기 위해 노력하는 동시에 공정 성능을 개선해야 합니다.
게시 시간: 2024년 6월 5일