為什么Backside clean(晶背清洗)在光刻工藝中那么重要?

05/26 12:15
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隨著半導體技術節(jié)點向先進制程持續(xù)推進,芯片最小特征尺寸不斷微縮,器件集成度呈指數(shù)級增長,曝光設備的焦深已成為制約工藝發(fā)展的關鍵瓶頸。在此技術背景下,有效管控晶圓背面缺陷引發(fā)的光刻熱點問題,成為保障芯片制造良率的核心技術挑戰(zhàn)。

在65nm及以下先進制程中,新型薄膜材料、特種化學品的廣泛應用以及復雜的集成方案,使得 FINFET 等先進器件結構的制造工藝與檢測流程大幅增加。長期以來,半導體制造企業(yè)將主要精力集中于晶圓正面缺陷的檢測與控制,而對晶圓背面缺陷的關注度明顯不足。但隨著更先進制程中器件尺寸持續(xù)縮小,光刻景深(DOF)與套刻容差不斷降低,晶圓背面的質量管控已成為先進制程面臨的重要難題。

晶圓背面缺陷成因復雜,主要表現(xiàn)為顆粒污染、殘留物附著和機械劃痕三大類。其中,顆粒雜質與同心環(huán)狀劃痕多由晶圓傳輸機械臂、真空卡盤等處理部件,以及化學機械拋光(CMP)工藝引入;殘留污染物則源于不必要薄膜去除不徹底,或清潔化學品使用失效;此外,晶圓在產(chǎn)線各設備間流轉時,還存在與處理設備間的交叉污染風險。這些背面缺陷會在光刻曝光過程中破壞晶圓表面平整度,進而引發(fā)光刻熱點。若光刻熱點在蝕刻工藝前未被檢出,將導致晶圓直接報廢,造成顯著的良率損失。

投資者在某一次對至純科技相關負責人做了一次采訪,他講清楚了晶背清洗與光刻工藝的關系。

投資者:煩請詳細介紹下貴公司的Backsideclean(晶背清洗)工藝以及公司在國內(nèi)的市場地位情況!謝謝!

至純科技相關負責人:您好,Backsideclean(晶背清洗)工藝是在芯片制造工藝中相當重要的濕法工藝。半導體生產(chǎn)過程中,對于污染是很重視的,尤其是金屬污染。一旦有金屬污染將損失巨大。半導體生產(chǎn)設備中,最高單價的就是光刻機,晶圓背面清洗的功能就是將背面的金屬污染物清除,把顆粒洗凈,讓晶圓以最佳狀態(tài)進入光刻機,避免光刻機因晶圓背面缺陷問題(金屬和顆粒)而停機。

晶圓背面清洗的重要性及步驟數(shù)量隨著工藝進步和金屬層的增加而增加。目前國內(nèi)晶圓廠商用的最多的是由海外大廠制造的機臺,而公司目前已實現(xiàn)Backsideetch(背面蝕刻)功能,達到客戶的驗收標準。通過背面單片機臺清洗后,可實現(xiàn)較少的剩余顆粒,同時金屬污染可控制在較低水平。目前產(chǎn)品的各項工藝指標可對標國際大廠設備指標。

針對背面缺陷問題,背面拋光清潔技術采用創(chuàng)新工藝方案:在可移動拋光頭上安裝金剛石研磨膠帶,對晶圓背面進行全域拋光處理,實現(xiàn)表面凸起物與顆粒雜質的有效去除。拋光過程中,晶圓正面浸沒于去離子水(DIW)緩沖液中,避免與硬質表面直接接觸。通過調整膠帶上金剛石磨粒粒徑,或優(yōu)化拋光時間參數(shù),可實現(xiàn)拋光量的精準控制。該工藝全程僅使用去離子水,無需化學蝕刻或清潔試劑,設備配置與工藝參數(shù)設置與前期研究保持一致。

在 7nm MOL(Middle-of-Line)晶圓的對比實驗中發(fā)現(xiàn):傳統(tǒng)濕式清洗工藝的清潔效果存在顯著局限,使用去離子水(DI)和室溫 SC1 清洗液無法有效降低背面顆粒污染,即使采用加熱 SC1 溶液配合氫氟酸(HF)處理,顆粒計數(shù)改善效果依然不明顯,附加機械刷洗僅帶來輕微提升。相比之下,背面拋光清潔技術憑借純 DIW 機械拋光方式,可使晶圓背面顆粒數(shù)量減少約 60%,并在后續(xù)至 M1 CMP 的全制程環(huán)節(jié)中保持較低的顆粒污染水平。但值得注意的是,該拋光工藝會導致晶圓局部曲率顯著增加,其對光刻套刻精度的潛在影響仍需進一步深入研究。

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目前就就職于Foundry大廠工藝整合工程師,每天堅持更新行業(yè)知識和半導體新聞動態(tài),歡迎溝通交流,與非網(wǎng)資深PIE。歡迎關注微信公眾號:國芯制造

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