Anel de retenção CMP

A miniaturização progressiva e a natureza complexa dos semicondutores estão desafiando e impulsionando o avanço de novos equipamentos de fabricação de semicondutores. Uma grande preocupação em todos os processos são os defeitos em wafers CMP, que podem causar falhas nos dispositivos e afetar significativamente o rendimento e o custo de propriedade. Entre os diferentes fatores que influenciam, os defeitos induzidos pela planarização químico-mecânica (CMP) são uma preocupação crítica de rendimento, impactando diretamente o desempenho e o rendimento dos dispositivos. Enquanto o foco da pesquisa e desenvolvimento da indústria tem sido principalmente em consumíveis, como pads, slurry e condicionadores, o anel de retenção CMP está cada vez mais sob investigação, pois também tem grande impacto no rendimento e no desempenho geral do CMP.

A Ensinger, um dos principais fornecedores de materiais plásticos de alta performance para anéis de retenção CMP, cooperou com um laboratório independente externo para avaliar o impacto de diferentes materiais de anéis CMP no desempenho do CMP. Um artigo técnico foi publicado no Electrochemical Society Journal of Solid State Science and Technology, intitulado “Tribological, Thermal, Kinetic, and Pad Micro-Textural Studies Using Polyphenylene Sulfide CMP Retaining Rings in Interlayer Dielectric Chemical Mechanical Planarization.” (Veja estudo, o produto é chamado TECATRON SE no artigo, que é o nome antigo do TECATRON CMP). Este estudo de caso é uma visão geral desse artigo, com ênfase nos principais achados.

Os testes de CMP foram realizados usando anéis de retenção CMP de 300 mm fabricados a partir do tubo PPS sem carga TECATRON CMP da Ensinger e um PPS padrão da indústria, ambos produzidos pelo processo de extrusão. Durante os testes, foi utilizado o pad de polimento DuPont IC1010® com design K-groove, juntamente com a slurry Fujimi PL-4217, que contém 10% em peso de partículas abrasivas de sílica, aplicada a uma vazão constante de 250 ml/min. Esta slurry é destinada principalmente para aplicações em dielétricos intercamadas (ILD). Um disco condicionador 3M A165 foi utilizado a uma velocidade de 95 RPM, varrendo 10 vezes por minuto sobre a superfície do pad, com uma força de 10 lbf. A taxa de rotação do platen foi mantida constante em 50 RPM.

Um achado importante foi que diferentes materiais de anéis de retenção PPS podem modificar a microtextura do pad, causar diferentes níveis de fragmentos e aparas do pad e também resultar em diferentes formatos das asperezas do pad. O TECATRON CMP resultou em níveis mais baixos de geração de fragmentos do pad durante o desgaste, poros menos obstruídos e menor quantidade de detritos e aparas do pad incorporados, além de pontas de asperezas mais afiadas em comparação com o PPS padrão da indústria. Com pontas de asperezas mais afiadas e menor incorporação de fragmentos e outros tipos de detritos, a microtextura do pad resultante do TECATRON CMP potencialmente reduz as chances de defeitos a nível de wafer. Além disso, a microtextura do pad criada pelo TECATRON CMP pode potencialmente melhorar as taxas de remoção de material. Ambos os anéis de retenção causaram desgaste do pad em taxas comparáveis. No entanto, quanto à taxa de desgaste do anel, o TECATRON CMP pareceu se desgastar mais rápido do que o PPS padrão da indústria. Isso foi considerado irrelevante na fabricação em alta escala, pois os pads são trocados regularmente e os anéis CMP são substituídos após um certo número de trocas de pads, dependendo da aplicação. Portanto, pequenas diferenças na taxa de desgaste do anel não impactam a vida útil do anel.