A kémiai mechanikai polírozás (CMP) az egyetlen kulcsfontosságú technológia, amely képes a lapka felületének síkosítására, amely képes a felületi érdesség nanométer alatti szintre csökkenteni. A CMP alapelve, hogy a szuszpenzió kémiai reakcióba lép az ostya felületével, és lágy réteget képez, amelyet mechanikai súrlódással, anyageltávolítással és az ostya felületének síkosításával távolítanak el.
A polírozó párna felületi szerkezeti jellemzői (érdesség, horonymintázat stb.) és anyagtulajdonságai (keménység, rugalmassági modulus stb.) a CMP-t befolyásoló fontos tényezők. A polírozó párna közvetlenül befolyásolja az ostya polírozási eredményét.
01 A polírozólap felületszerkezeti jellemzői
● A polírozó pad felületi mikrotopográfiája
A polírozó párnák általában tele vannak mikropórusokkal a felületen, amelyek tárolhatják és szállíthatják az iszapot és a koptató részecskéket, ellenállnak a zagy vegyi támadásainak, és azonnal eltávolítják a polírozási melléktermékeket, ezáltal befolyásolva az anyag eltávolítását.
A szerkezeti jellemzők alapján a hagyományos polírozó betétek három típusba sorolhatók: hálós (nedvesítő kendő), szálas (műbőr) és mikroporózus (poliuretán) típusú. A másik kettőhöz képest a hálós alátét jobb összenyomhatósággal és zagyszállító képességgel rendelkezik, és alacsonyabb keménysége miatt kisebb a karcolás valószínűsége a finom polírozás során. A szál és poliuretán típusokat sajátos keménységük és szerkezetük miatt többnyire nem fémes anyagok durva polírozására és polírozására használják.
A mikropórusok geometriája és eloszlása befolyásolja a betét felületi szilárdságát és sűrűségét. A porozitási és sűrűségi jellemzőket elsősorban a Poisson-hányados (ν) tükrözi. A felületi szilárdság a porozitás növekedésével csökken. A nagyobb pórusátmérők javítják a szállítási kapacitást, de a túl nagy pórusok csökkenthetik a párna sűrűségét és szilárdságát.
A mikropórusok méretének és szerkezetének változásai szintén befolyásolják a polírozási teljesítményt. A mikropórusos szerkezet optimalizálása javíthatja a párna és az ostya érintkezési állapotát. A határfelületi mechanikai terhelés és a hígtrágya kémiai reakciói közötti szinergikus kapcsolat feltárása jobban szabályozhatja a CMP anyag eltávolítási sebességét.
● A polírozó párna felületi barázda textúrája
A betét felületén történő hornyolás két célt szolgál: egyrészt javítja a párna hígtrágya tárolási és szállítási képességét, javítva a hígtrágya áramlását; másrészt módosítja a súrlódási együtthatót és a nyírófeszültséget a betét felületén. Az alábbi táblázat a Rohm Haas által gyártott, a félvezetőiparban széles körben használt IC sorozatú betétek tipikus hornyait mutatja be. Az IC1010-et és az IC1000-et összehasonlítva az IC1010 mélyebb és sűrűbb barázdákkal rendelkezik, ami erősebb mechanikai hatást eredményez a párna aszpiritása és a koptató részecskék miatt, valamint erősebb a kémiai hatás, ami nagyobb anyageltávolítási képességet eredményez.
A gyakori horonyminták közé tartoznak a sugárirányú, rácsos, gyűrűs és spirális logaritmikus típusok. Az alábbi ábrán az (a)–(d) egymintás párnák, míg az (e)–(g) összetett mintás párnák. A kompozit párnák általában jobban teljesítenek, mint az egymintás párnák, és a negatív spirállogaritmikus párnák jelentősen javíthatják a polírozási sebességet.
● Pad Asperities
A párna felületén lévő durva kiemelkedések rugalmasak, hogy elkerüljék a túlzott, helyrehozhatatlan karcolásokat az ostyán. A betét mikroszkopikus felületi magassági profilja jellemzően Gauss- vagy exponenciális eloszlást követ.
Az asperitások átlagos magassága (Rpk) erősen befolyásolja az anyageltávolítási sebességet (MRR). Párna kondicionálás nélkül az MRR a polírozási idővel csökken; ha az Rpk kondicionálással helyreáll, az MRR visszatér az eredeti szint közelébe. A polírozás és az azt követő kondicionálás során bekövetkező kopás folyamatos változást okoz a párna tényleges érdességében. Az érdesség, az asperitás átmérő és az érdesség eloszlás változásai közvetlenül befolyásolják az MRR-t.
02 A polírozólap anyagtulajdonságai
A betét anyagának fizikai és kémiai tulajdonságai befolyásolják az érintkezési állapotot és az érintkezési erőt a polírozási felületen (ostya-iszap-párna), ezáltal befolyásolva az anyageltávolítási sebességet és a lapka felületi érdességét.
● Mechanikai tulajdonságok paraméterei
A keménység és a rugalmassági modulus két fontos mechanikai paraméter. A kemény párnákat durva polírozási szakaszokban használják, ahol nagy eltávolítási sebességre van szükség, de a túlzott keménység felületkárosodást és egyenetlen anyageltávolítást okozhat. A puha párnákat általában finom polírozási szakaszokban használják, alacsony érdesség követelmény mellett. A kemény tetejű és puha alsó párna javíthatja az MRR egyenletességét, de általában nagyobb szélkizárási zónával rendelkezik; fordítva, a puha tetejű és kemény alsó párna csökkentheti a peremkizárási zónát és jobb felületminőséget érhet el.
● Kémiai jellemzők
A betétnek jó kémiai stabilitással és hidrofil tulajdonsággal kell rendelkeznie. A poliuretán alakmemória hatást fejt ki, az alakvisszanyerési sebesség a hőmérséklettel együtt növekszik.
A CMP betétgyártás során a kémiai reakciók főként poliolokat és izocianátokat tartalmaznak. A fő nyersanyagok közé tartoznak a prepolimerek, lánchosszabbítók/térhálósítók, habosítószerek, katalizátorok és egyéb funkcionális adalékok. A reagensek koncentrációjának és arányának szabályozásával a betét különféle anyagtulajdonságai javíthatók. A párnában lévő aktív csoportok, például a hidroxil- és amidcsoportok szintén fontos szerepet játszanak – fokozzák a polírozó anyagok újralerakódását, és enyhítik a mechanikai kopás által okozott felületminőségi problémákat. Ezenkívül a betét anyagának fizikai és kémiai módosítása javíthatja annak teljesítményét.
Ezenkívül a CMP során a párna felülete terhelésnek és nyíróerőnek van kitéve, aminek következtében a rétegek képlékeny áramláson mennek keresztül, és síkszerűvé válnak – ezt a jelenséget üvegezésnek nevezik. A párnakondicionálás javíthatja a felületi üvegezést és a porozitást, megőrizve a stabil polírozási teljesítményt.
Polírozó párnák kondicionáló technológiái
Jelenleg a hagyományos kondicionáló technikák két kategóriába sorolhatók: nem önkondicionáló és önkondicionáló.
Nem önkondicionáló technológiák
A nem önkondicionálás arra utal, hogy külső erők segítségével eltávolítják a kopott csiszolóanyagokat, törmeléket és egyéb szennyeződéseket a párna felületéről, szabaddá téve a friss csiszolóanyagokat és fenntartva a vágási képességet a polírozás során.
Gyémánt komód kondicionálás
A gyémánt komód főként gyémánt csiszolóanyagokból, kötőanyagból és hordozóanyagból áll. A gyémánt csiszolóanyagokat galvanizálással, keményforrasztással, szintereléssel vagy kémiai gőzleválasztással rögzítik az alapfelületre. Kondicionálási teljesítménye szorosan összefügg a párna felületének állapotával, és így befolyásolja a munkadarab minőségét. Az elv az, hogy a komódon lévő nagy átmérőjű gyémántok erőszakkal eltávolítják a fénytelen gyémántrészecskéket a kötőanyagból, és eltávolítják a mázas réteget és a törmeléket, új vágóéleket tárva fel az alátéten.
Nagynyomású vízsugaras kondicionálás
Ez a technika a vízsugár nyíróerejét használja fel a laza vagy rosszul kötött csiszolószemcsék lemosására, valamint megtöri az üvegezett réteget, eltávolítja a szennyeződéseket és javítja a párna teljesítményét.
Önkondicionáló technológiák
Az önkondicionálás olyan módszerekre vonatkozik, amelyek lehetővé teszik a párna felületi rétegének megfelelő sebességű kopását, így a felület alatti rétegben lévő csiszolóanyagok folyamatosan szabaddá válnak a feldolgozás során, fenntartva a tartós vágási képességet. Az önkondicionálás megjelenése új megközelítéseket vezetett be a párnakondicionálás terén.
Az önkondicionálás kiküszöböli a kondicionálási lépést, elkerüli a komód elhasználódásának hatását a betétre, és meghosszabbítja a betét élettartamát. Például szerves bázisok, szervetlen sók vagy más vegyszerek hozzáadása fokozhatja az önkondicionálást; A hidrofób csoportokat tartalmazó prepolimerek használata önszabályozó hatást biztosít a polírozás során, stabilizálja a folyamatot és megakadályozza a víz duzzadását.