化学機械研磨方式を利用してウエハーのエッチング面をナノレベルの平滑化し、シリコンウェハーの反り度、平坦度などの指標を考慮して、シリコンウェハーのハイエンド用途でのマイクロシェードエッチングに問題がないようにしました。
シリコン研磨です
磨きは3つに分けることができます。
(1)机械的に磨きます。机械的に研磨の原理と研磨の工芸は同じで、しかしその採用の研磨の粒の材料は更に細いです。機械研磨のシリコンウエハは一般的に表面の平らさが高いですが、傷の層が深く、極細の研磨材で研磨すると速度が遅くなります。現在の工業では一般的にすでに机械的な研磨法を採用していません。
(2)化学研磨法です。化学研磨は硝酸とフッ化水素酸を混合した腐食液で行います。化学研磨されたシリコンウエハの表面は損傷がなく、研磨速度も速いですが、平坦度が相対的に悪いので、工業生産では化学研磨は一般的に前処理として、研磨プロセスとして使用されていません。
(3)化学-机械研磨法です。化学-机械研磨法(CMP)は研磨液を利用してシリコンウエハ表面の化学腐食と机械研磨に同時に作用して、化学研磨と机械研磨の両方の研磨法の長所を兼ねていて、現代の半導体工業の中で普遍的な研磨方法です。化学-机械的に使用されるポリッシュは一般的にポリッシュ粉と水酸化ナトリウム溶液から作られたコロイド溶液で、ポリッシュ粉は通常SiO2です。
ポリッシャーの構造は図の通りです。シリコンウエハーを貼り付けた平板は研磨機の上の皿の下に取り付けて、上の皿は昇降と圧力を調整することができて、下の皿は直径のとても大きい円盤で、内部は水を通して冷却する必要があります。表面は靭性多孔質のポリエステルまたはポリウレタン質の研磨布で覆われています。研磨時には下皿がモーターで回転し、シリコンウエハの付いた平板が自分の軸の周りに回転して均一に磨き上げられます。下皿の中央から研磨液が注入され、遠心力で周囲に広がります。研磨中は温度計でディスクの温度を制御します。研磨液の中の水酸化ナトリウムは化学的腐食の作用をして、シリコンウエハの表面にシリコン酸鋼塩を生成させ、二酸化シリコンのコロイドを通過して、シリコンウエハに機械摩擦を生じさせ、研磨液に持ち去られます。これにより、表面のダメージ面を除去して磨き上げます。
直径200mm以下のシリコンウエハでは、表面だけを研磨しても裏面は化学的エッチング後の表面が残るため、化学的?機械的に研磨した場合より3倍ほど粗い表面が残ることになります。その目的は部品の転送を容易にするための粗い表面を提供することです。
直径300mmのシリコンウエハに対して、一般的に化学-机械的研磨法で両面研磨(DSP)を行います。シリコンウエハのドロップディスク間の惑星的な運動軌跡は、表面の粗さを改善すると同時に、シリコンウエハ表面をフラットで両面平行にします。磨き上げたシリコンウエハの両面が鏡のようになります。磨き上げたシリコンウエハは図のようになります。
研磨加工は以下のいくつかの面の問題に注意する必要があります。
①一般的に、シリコンウエハは2回研磨して、表面が集積回路の工程に到達します。ファーストポリッシュは一般的に酸化マグネシウムを使って粗く投げますが、その目的はシリコンウエハーの表面に残っている機械的損傷を取り除くことで、一般的に表面から30μmの厚さを取り除くことが求められます。2回目の研磨ではシリカを使って、1回目の研磨でシリコンウエハ表面に残ったわずかな損傷や雲状の欠陥を除去することが目的で、表面から2 ~ 3μmの厚さを除去することが求められます。太陽電池は一般的に1回の研磨でできます
②シリコンウエハを腐食し、厚さに応じて磨き上げます。研磨前のプロセスで十分な加工可能な残量を残して、シリコンウエハ表面の機械的損傷を徹底的に除去する必要があります。
③ポリッシュ濃度のシリコンウエハ品質への影響です。研磨液を調製したばかりの時、その流働性は最も良くて、研磨効果も最も良いです。しばらく使用していると、ポリッシュ液がドロドロになってシリコンウエハ表面にダメージを与えることがありますので、使用時間には注意が必要です。
④シリコンウエハ上の圧力、回転数と研磨速度の関系です。シリコンの片の上での圧力を加えて適切で、圧力が大きすぎると、研削時に発生熱量が多くて、粘着片をもたらしやすいです;圧力が小さすぎたり、研磨速度が遅すぎたりして、シリコンウエハ表面が枯皮状になることがあります。回転数が高すぎると、摩擦熱が発生しやすく、化学腐食の速度が速くなり、シリコンウエハに腐食の穴ができます。そのため、シリコンウエハの圧力と回転数をよく制御しなければなりません。
⑤磨き時間と品質の関係です。研磨時間は技術だけでなく、品質要求とも関係があります。磨きがきれいで表面の傷が少ない場合は磨き時間は短くなりますが、そうでない場合は長くなります。
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