Современный чип состоит из множества слоёв. Его можно представить в виде модели современного многоуровнего города с высотной застройкой, разные уровни и районы которого связаны между собой многочисленными коммуникациями. А строительство столь сложных сооружений всегда начинается с надёжного фундамента. В полупроводниковой промышленности таким фундаментом является подложка (пластина) из полупроводникового материала, чаще всего из монокристаллического кремния. Именно на таких пластинах слой за слоем чипы и формируются. Причём происходит это на полупроводниковых фабриках целыми месяцами и в круглосуточном режиме.
Если фундамент неровный, изобилует дефектами поверхности, то ничего путного на нём по определению возвести не получится. Но полученные после разрезания кремниевого слитка пластины именно такими и являются. Здесь на выручку приходят такие операции как шлифование и полировка пластин. Более грубую обработку принятно называть шлифованием, более тонкую — полировкой. Но общий результат один: подложка, на которой будет в дальнейшем возводиться чип, из шероховатой превращается в идеально гладкую, с шероховатостью порядка 0,1 нанометра. В общем, речь идёт не много ни мало о точности атомарного уровня.
К тому же необходимо добиться идеальной плоскостности поверхности. Без этого невозможна качественная фотолитография. Когда на подложку переносятся узоры интегральных схем нанометровых размеров, малейшая расфокусировка светового луча (инструмента рисования) приведёт к браку. А как же ему не расфокусироваться, если поверхность не будет идеально плоской?
Шлифовальные машины в полупроводниковой промышленности работают вполне стандартно: шлифовальные круги да абразивы. А вот полировка устроена сложнее. Основная технология, применяемая в наши дни, это химико-механическая планаризация. В этом случае предусматривается сочетание химической и механической обработки. Сперва активная химическая суспензия вступает в реакцию с поверхностью пластины, затем размягчённый верхний слой механически удаляется вращающимся полировальным диском. В зависимости от типа будущей микросхемы, пластины могут полировать только с одной стороны или сразу с обеих сторон.
Дальше начинается самое интересное, так как подготовкой идеальной подложки работа полировальных и шлифовальных машин не заканчивается. Ведь поверхности формируемых слоёв микросхем отнюдь не идеальны. И если их, в свою очередь, не полировать, то после сооружения многослойного чипа всё пойдёт буквально вкривь и вкось. Так что каждый сформированный слой полируется перед тем, как начинать возводить слой очередной. К примеру, нанесли слой диэлектрика — отполировали его, осадили слой меди — также отполировали.
Но вот чипы полностью сформированы. Теперь их можно разрезать на отдельные «кристаллы» и отправлять на корпусирование. Онако предварительно их нужно утончить. Ведь толщина современного чипа составляет порядка 75 микрон (с тенденцией ко всё большему утончению), а толщина пластины с чипами не много ни мало 750 микрон. Ведь если пластина изначально будет слишком тонкой, то как обеспечить механическую и термостабильность во время производственного процесса? Здесь снова вступают в дело шлифовальные машины, утончающие пластину с обратной стороны.
Верным спутником шлифовальных и полировальных машин является чистящее (моечное) оборудование. Ведь на полупроводниковых фабриках идёт непрекращающаяся борьба в отношении буквально каждой пылинки. А тут, можно сказать, поднимаются целые клубы пыли. Поэтому производители этой техники работают во взаимодействии друг с другом, тем более, что почти все они — японские.
Именно производители шлифовального, полировального и моечного оборудования для полупроводниковой промышленности из Страны восходящего солнца сумели стать настоящими доминантами мирового рынка. DISCO Corp., Tokyo Seimitsu (ACCRETECH), Ebara Corp., — лидируют по части шлифования и пполировки, а Screen является мировым лидером в производстве чистящих и моечных машин.
В нашей стране разработкой оборудования для химико-механической планаризации занимается зеленоградский НИИ точного машиностроения (НИИТМ). Линейку моечного оборудования развивает воронежский НИИ полупроводникового машиностроения (НИИПМ). И понятно почему: на любой современной полупроводниковой фабрике такие машины требуются просто в огромном количестве.
Компонеты чьего производства будут использоваться в российских фотолитографах? Статью можно прочитать в премиум-разделе канала «Фотолитограф»: