Haltering

Ein wichtiger Schritt in der Fertigung von Silizium-Wafern ist der CMP-Prozess (Chemical Mechanical Planarization). Die Entwicklung geht in Richtung größerer Wafer und kleinerer Chips mit schmalen Linienbreiten und Funktionsgrößen. Daher liegt die Herausforderung darin, einen Werkstoff zu finden, der die gewünschten Eigenschaften aufweist, denn der CMP-Prozess erfordert Komponenten aus hoch qualifizierten Werkstoffen. In enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden haben wir uns auf die Entwicklung von Werkstoffen spezialisiert, die diese Anforderungen erfüllen.

Weniger Verarbeitungsfehler dank einer höheren Stabilität

Während der chemisch-mechanischen Planarisierung kommt der Werkstoff in Kontakt mit verschiedenen Schlämmen, da der Haltering den Wafer beim Polieren halten muss. Diese Schlämme haben somit auch negative Auswirkungen auf die Haltekomponenten. Der Werkstoff muss mechanischen Belastungen standhalten und sollte daher eine gute Elastizität, Zähigkeit oder Stärke aufweisen.
Bei der Fertigung von Halteringen ist ein Werkstoff erforderlich, der eine extreme Verarbeitungspräzision und Dimensionsstabilität bietet, damit das Auftreten von Mikrokratzern auf Wafern reduziert und eine höhere Ausbeute nutzbarer ICs erreicht werden kann. Die Dimensionsstabilität kann durch hohe mechanische Lasten, hohe Temperaturen oder Feuchtigkeit gefährdet werden.

Eine hohe Reinheit ist im gesamten CMP-Prozess von großer Bedeutung. Dementsprechend muss auch der Haltering eine hohe Reinheit aufweisen. Dies bedeutet, dass der Werkstoff nicht durch Metalle (z. B. Aluminium oder Kupfer) verunreinigt sein darf. So sollen Kratzer auf der Wafer-Oberfläche vermieden werden. Um weitere Schäden am Wafer zu verhindern, sollte das Material des Halterings eine geringe Ausgasung aufweisen.

Spezielle Anwendungen erfordern spezielle Werkstoffe

In der Regel wird standardmäßiges PPS für Halteringe verwendet. PPS ist allgemein eine gute Wahl, allerdings gibt es immer noch Spielraum für Verbesserungen. TECATRON CMP ist ein speziell modifizierter und verbesserter Werkstoff, mit dem die Anforderungen des CMP-Prozesses erfüllt werden sollen. Näheres dazu im folgenden Abschnitt.

Der PPS Werkstoff TECATRON CMP zeichnet sich durch eine hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit aus, die mehr als doppelt so hoch ist wie branchenweit übliches PPS (siehe Diagramm 1). Er weist sehr gute thermische und mechanische Eigenschaften auf, u. a. eine hohe Zug- und Biegefestigkeit (siehe Diagramm 2). Dies ist bei der Reinigung des Wafers oder bei Tests von Vorteil. In Kombination mit einer Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit sorgen diesen tribologischen Eigenschaften für eine Verbesserung der Lebensdauer der Kunststoffkomponenten.

Verschleißrate:

Chart 1

Festigkeit:

Chart 2

TECAPEEK CMP kann auch die erforderlichen Anforderungen erfüllen. Dieses PEEK Produkt zeichnet sich durch seine Zähigkeit und hohe Dehnbarkeit aus. Da es jedoch auch eine gute Dimensionsstabilität bietet, bleiben Formen stabil.

Seine hervorragende Verschleiß- und Abriebfestigkeit ist ein Vorteil für CMP-, Ablagerungs- und Testprozesse. In Kombination mit einer hohen Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit sorgen die mechanischen und tribologischen Eigenschaften (z. B. die gute Elastizität - siehe Diagramm 3) für eine deutlich längere Lebensdauer.

Elastizitätsmodul:

Chart 3

Unsere Hochleistungskunststoffe zeichnen sich durch eine dauerhafte Einhaltung oder gar Überschreitung der Reinheitsanforderungen aus. Sie wurden zudem von branchenweit anerkannten Laboren auf typische Metallwerkstoffe getestet, um das Risiko einer Metallverunreinigung zu reduzieren. In Diagramm 4 wird der geringe Verunreinigungsgrad unserer Werkstoffe in Teilen pro Millionen nach Werkstoff dargestellt.

Aus TECAPEEK CMP oder TECATRON CMP hergestellte Halteringe zeichnen sich durch eine geringe Ausgasung aus, d. h. der Wafer kann durch austretende Gase nicht beschädigt werden. Aufgrund ihrer verbesserten Zerspanbarkeit lassen sie sich in der Verarbeitungsphase der Halbzeuge zudem einfacher einsetzen.

Verunreinigungstest:

Chart 4

Ergebnisse/Vorteile

Durch die Verwendung empfohlener Werkstoffe können Fehler reduziert und die Lebensdauer von Halteringen verlängert werden. So kann eine größere Anzahl von Wafern planarisiert werden, bevor die Produktion für den Austausch von Verbrauchsmaterial in der CMP-Produktionsausrüstung unterbrochen werden muss. Die Kosten pro Wafer werden ebenfalls reduziert, da eine geringere Bestückung und weniger Ausfallzeiten anfallen. Die Vorteile dieser Werkstoffe sind bereits in der Verarbeitungsphase der Halbzeuge an der verbesserten Zerspanbarkeit erkennbar, wodurch kürzere Verarbeitungszeiten ermöglicht werden. Gleichzeitig wird durch die Minimierung der Entgratung die Produktivität erhöht.