دوغاب شیمی مکانیکی شیمی (CMP)

 دوغاب های مسطح مکانیکی شیمیایی (CMP) پراکندگی های مایع حاوی مواد شیمیایی فعال و دانه های ریز ساینده هستند که برای مسطح سازی مکانیکی شیمیایی استفاده می شوند. CMP یک فرآیند پرداخت سطحی و حذف مواد است که هم شامل حمله شیمیایی و هم حذف ساینده می شود. دوغاب‌های CMP همراه با پدهای CMP یا نپ‌های پولیش استفاده می‌شوند، که در طول فرآیند مسطح کردن، چرخانده می‌شوند و در برابر یک بستر یا سطح ویفر نگه داشته می‌شوند.

محصولات و مواد 

اولین قدم برای انتخاب دوغاب CMP این است که بدانید مواد شیمیایی برای تکمیل کدام مواد یا محصولات طراحی شده اند. دوغاب CMP برای تکمیل و مسطح کردن استفاده می شود:

• ویفر سیلکن

• بسترهای نوری

• اجزای دیسک درایو

• سایر سطوح مهم میکروالکترونیکی

مسطح سازی ویفر یک بستر سیلیکونی یا ویفر نیمه هادی با سطح صاف و یکنواخت تولید می کند، در نتیجه زبری سطح یا تغییرات شکلی را که مانع از ساخت تراشه می شود و عملکرد دستگاه را کاهش می دهد، حذف می کند. در طی فرآیند ساخت نیمه هادی، بسیاری از لایه ها یا مواد مختلف (به عنوان مثال، رسانا، مانع، دی الکتریک، نیمه هادی) رسوب می کنند و حکاکی می شوند یا طرح ریزی می شوند. اغلب فرآیندهای CMP بین این رسوب‌گذاری‌ها و مراحل پردازش الگو برای جلوگیری از ظروف، حذف مواد اضافی و حفظ صافی و کیفیت ویفر طرح‌دار اعمال می‌شود. فرآیندهای CMP برای اتصال مسی Damascene مورد استفاده در ریزپردازنده‌های با کارایی بالا ضروری هستند.

فرم

دوغاب های مسطح مکانیکی شیمیایی (CMP) را می توان به اشکال مختلف خریداری کرد. آنها ممکن است به صورت دوغاب از پیش مخلوط شده باشند که می توانند مستقیماً روی برنامه یا تجهیزات اعمال شوند. ترکیبات تکمیل کننده ممکن است به شکل پودر خشک نیز باشند. خرید عمده پودر خشک ممکن است آسان تر باشد، اما باید قبل از استفاده از آن روی سطح، با آب، روغن یا مایع حامل دیگری مخلوط شود. در موارد دیگر، مواد شیمیایی می توانند به شکل مایع یا پراکنده باشند.

نوع دانه ساینده

بسته به نیاز کاربرد، انواع مختلفی از دانه ها در دوغاب CMP استفاده می شود. تعدادی از رایج ترین ساینده های مورد استفاده عبارتند از:

اکسید آلومینیوم - اکسید آلومینیوم رایج ترین ماده معدنی صنعتی امروزی است. به طور طبیعی به شکل معدنی کوراندوم وجود دارد. اکسید آلومینیوم ذوب شده به صورت مصنوعی با ذوب بوکسیت و مواد افزودنی در یک کوره قوس برای تشکیل شمش های اکسید آلومینیوم ذوب شده تولید می شود که بعداً خرد شده و اندازه می شوند.

سرامیک - ساینده های سرامیکی معمولاً از اکسید آلومینیوم با یا بدون اصلاح کننده های اضافی تشکیل شده اند. آنها در یک فرآیند سل-ژل و تف جوشی تولید می شوند. روش پردازش سرامیکی منجر به یک ساینده سخت و متراکم با اندازه کریستال بسیار ظریف و عملکرد سنگ‌زنی فوق‌العاده بر روی انواع مواد قطعه کار می‌شود.

اکسید سریم - ساینده‌های سریا از اکسید سریم تشکیل شده‌اند و در کاربردهای صیقل دادن و لایه‌بندی به‌ویژه در شیشه و اجزای نوری استفاده می‌شوند.

سیلیس - سیلیس به ترکیبات ساینده بر پایه دی اکسید سیلیکون یا سیلیس اشاره دارد. ترکیبات CMP مبتنی بر سیلیس فومدار اغلب در کاربردهای پولیش و مسطح سازی نیمه هادی یا ویفر سیلیکونی استفاده می شود.

کاربید سیلیکون - کاربید سیلیکون (SiC) یک ساینده مصنوعی است که سخت‌تر از اکسید آلومینیوم است، اما نسبت به دانه‌های اکسید آلومینیوم ذوب شده، شکننده‌تر است. به طور معمول، کاربید سیلیکون برای فلزات غیر آهنی مانند برنج، آلومینیوم یا تیتانیوم اعمال می شود.

زیرکونیا - دانه های ساینده آلومینا-زیرکونیا از آلیاژ ذوب شده اکسید آلومینیوم و اکسید زیرکونیوم تشکیل شده است. ساختار ظریف حاصل و سختی بالاتر به بهبود عملکرد آسیاب بر روی فولاد ضد زنگ، تیتانیوم و سایر فلزات عجیب و غریب کمک می کند.

خواص فیزیکی

خواص فیزیکی دوغاب CMP هنگام در نظر گرفتن بهترین مواد شیمیایی برای کاربردها مهم است.

pH اسیدیته یا قلیاییت دوغاب یا محلول را در مقیاس 1 تا 14 تعریف می کند که در آن <7 اسیدی و > 7 قلیایی در نظر گرفته می شود. اندازه گیری معمولاً به عنوان یک ویژگی کنسانتره مشخص می شود، نه یک مخلوط رقیق شده.

کشش سطحی تمایل سطح دوغاب مایع به مقاومت در برابر نیروهای خارجی است که بر حسب نیرو در واحد طول اندازه گیری می شود (به عنوان مثال dynes/cm). اندازه گیری معمولاً به عنوان یک ویژگی کنسانتره مشخص می شود، نه یک مخلوط رقیق شده.

چگالی جرم در واحد حجم محلول را مشخص می کند، معمولاً بر حسب پوند بر گالن (lb/gal). این ویژگی را می توان برای رفع نیازهای برنامه کنترل کرد.

اندازه متوسط ​​ذرات نشان دهنده قطر متوسط ​​ذرات ریز ساینده جامد در دوغاب است. اندازه ذرات بار اعمال شده به ازای هر ذره را تعیین می کند که بر شدت سایش مکانیکی دوغاب تأثیر می گذارد. این پارامتر را می توان برای رفع نیازهای برنامه کنترل کرد.

نقطه جوش نشان می‌دهد که دوغاب یا محلول در چه دمایی می‌جوشد و در نتیجه حداکثر دمای کاربرد آن را تعیین می‌کند.

پایداری محلول نشان‌دهنده توانایی دوغاب برای حفظ عملکرد در محیط‌های شدید pH، قدرت یونی، فشار و دما، در حضور مواد افزودنی واکنش‌دهنده است. راه حل های پایدار برای رسیدگی و استفاده بسیار آسان تر هستند.

عملکرد

ویژگی‌های عملکرد مشخص می‌کند که دوغاب‌های CMP در جنبه‌های مختلف فرآیندهای صافکاری و پرداخت چقدر خوب عمل می‌کنند.

راندمان مسطح سازی به اثربخشی کلی دوغاب در مسطح کردن سطح از طریق حذف مواد اشاره دارد.

نرخ حذف نرخی را تعیین می کند که دوغاب CMP مواد را از سطح محصول حذف می کند.

گزینش پذیری تمایل یک دوغاب CMP را برای حذف برخی مواد نسبت به مواد دیگر تعریف می کند که معمولاً در یک نسبت بیان می شود. به عنوان مثال. نسبت انتخابی اکسید-نیترید 100:1 به این معنی است که دوغاب اکسیدها را در یک لایه 100 برابر سریعتر از نیتریدها حذف می کند. این نوع دوغاب احتمالاً روی یک لایه اکسید یا روی یک لایه اکسی نیترید استفاده می شود که در آن فقط اکسیدها حذف می شوند. اغلب برنامه‌های کاربردی CMP از دوغاب‌های متعدد با گزینش‌پذیری‌های متفاوت استفاده می‌کنند تا حذف مواد مختلف را در طول فرآیند هدف قرار دهند.

نقص میانگین مقدار عیوب (ریز خراش) روی سطح ناشی از پرداخت را تعریف می کند که در خراش در واحد سطح (خراش / سانتی متر مربع) توضیح داده شده است . افزایش چگالی و اندازه ذرات معمولاً منجر به نرخ حذف بالاتر می شود، اما ممکن است با نقص بالاتر نیز مطابقت داشته باشد. اجرای بافینگ روی یک پد نرم و فیلتر POU می تواند به کاهش ریز خراش های CMP کمک کند. 

کنترل توپوگرافی به هر وسیله ای که برای کنترل اینکه چه چیزی و چه مقدار ماده از سطح هدف حذف می شود استفاده می شود، تعریف می شود. توپوگرافی را می توان با دوغاب CMP با تغییر pH و غلظت پراکسید، از جمله موارد دیگر، کنترل کرد.

در دسترس بودن

مقیاس برنامه و سیستم مقدار مواد دوغابی را که باید خریداری شود تعیین می کند. دوغاب های مسطح مکانیکی شیمیایی برای کاربردهای صنعتی بزرگتر در درام های استاندارد 55 گالن موجود است. فرآیند و کاربردهای آزمایشی در مقیاس کوچکتر و ممکن است خرید سطل یا ظروف از 1 تا 5 گالن را ترجیح دهند.

نکته انتخاب : هنگام تعیین اندازه خرید مناسب کالاهای موجود، عمر مفید دوغاب و نرخ مصرف برنامه را در نظر بگیرید.

مراجع

ویکی پدیا

پولیش دوغاب / ذرات

بنیاد فناوری پودر هوسوکاوا 

https://www.globalspec.com/