Brūna kausēta alumīnija mikropulvera precīzās slīpēšanas loma pusvadītāju rūpniecībā
Draugi, šodien mēs runāsim par kaut ko gan skarbu, gan vienkāršu —brūns kausēta alumīnija oksīda mikropulverisIespējams, ka neesat par to dzirdējuši, bet vissvarīgākās un delikātākās mikroshēmas jūsu tālrunī un viedpulkstenī, iespējams, ar to bija tikušas galā jau pirms to ražošanas. Nosaukt to par mikroshēmas “galveno kosmetologu” nav pārspīlējums.
Neiedomājieties to kā rupju instrumentu, piemēram, asināmo akmeni. Pusvadītāju pasaulē tam ir tikpat delikāta loma kā mikroskulptoram, kas izmanto nanoskalpeļus.
I. Čipa “sejas veidošana”: kāpēc slīpēšana ir nepieciešama?
Vispirms sapratīsim vienu lietu: mikroshēmas neaug tieši uz līdzenas zemes. Tās tiek "būvētas" slāni pa slānim uz ārkārtīgi tīras, plakanas silīcija plāksnes (ko mēs saucam par "plāksni"), līdzīgi kā ēkas celtniecība. Šai "ēkai" ir desmitiem stāvu, un shēmas katrā stāvā ir plānākas par vienu tūkstošdaļu no cilvēka mata biezuma.
Tātad, lūk, problēma: būvējot jaunu grīdu, ja pamati — iepriekšējās grīdas virsma — ir kaut nedaudz nelīdzeni, pat ar tik mazu izvirzījumu kā atoms, tas var izraisīt visas ēkas šķību, īssavienojumu un padarīt mikroshēmas nelietojamas. Zaudējumi nav joka lieta.
Tāpēc pēc katras grīdas pabeigšanas mums ir jāveic rūpīga “tīrīšana” un “izlīdzināšana”. Šim procesam ir izsmalcināts nosaukums: “ķīmiskā mehāniskā planarizācija”, saīsināti ĶMP. Lai gan nosaukums izklausās sarežģīti, principu nav grūti saprast: tā ir ķīmiskās korozijas un mehāniskās nodiluma kombinācija.
Ķīmiskajā “perforatorā” tiek izmantots īpašs pulēšanas šķidrums, lai mīkstinātu un korozētu noņemamo materiālu, padarot to “mīkstāku”.
Mehāniskais “sitiens” tiek izmantots —brūna korunda mikropulverisTās uzdevums ir izmantot fizikālas metodes, lai precīzi un vienmērīgi “nokasītu” materiālu, kas ķīmiskā procesa rezultātā ir “mīkstināts”.
Jūs varētu jautāt, kāpēc tieši šis, ņemot vērā tik daudz pieejamo abrazīvu materiālu? Tieši tur izpaužas tā izcilās īpašības.
II. “Mikronizēts pulveris, kas nav tik mikronizēts”: brūnā kausētā alumīnija oksīda unikālā prasme
Pusvadītāju rūpniecībā izmantotais brūnais kausētā alumīnija oksīda mikronizētais pulveris nav parasts produkts. Tas ir "speciālo spēku" vienība, rūpīgi atlasīta un rafinēta.
Pirmkārt, tas ir pietiekami grūti, bet ne neapdomīgi.Brūna kausēta alumīnija oksīdaCietība ir otrajā vietā aiz dimanta, un tā ir vairāk nekā pietiekama, lai apstrādātu bieži izmantotos skaidu materiālus, piemēram, silīciju, silīcija dioksīdu un volframu. Taču galvenais ir tas, ka tā cietība ir “izturīga”. Atšķirībā no dažiem cietākiem materiāliem (piemēram, dimanta), kas ir trausli un viegli salūzt spiediena ietekmē, brūnais kausētais alumīnija oksīds saglabā savu integritāti, vienlaikus nodrošinot griešanas spēku, izvairoties no kļūšanas par “destruktīvu elementu”.
Otrkārt, tā mazais daļiņu izmērs nodrošina vienmērīgu griešanu. Tas ir vissvarīgākais punkts. Iedomājieties, ka mēģināt pulēt dārgu nefrītu ar dažāda izmēra akmeņu kaudzi. Lielāki akmeņi neizbēgami atstātu dziļas bedres, savukārt mazākie varētu būt pārāk mazi, lai ar tiem strādātu. Ķīmiskās mehāniskās pulēšanas (ĶMP) procesos tas ir absolūti nepieņemami. Brūnajam kausētajam alumīnija oksīda mikropulverim, ko izmanto pusvadītājos, ir jābūt ar ārkārtīgi šauru daļiņu izmēru sadalījumu. Tas nozīmē, ka gandrīz visas daļiņas ir aptuveni vienāda izmēra. Tas nodrošina, ka tūkstošiem mikropulvera daļiņu pārvietojas vienoti pa plāksnes virsmu, pieliekot vienmērīgu spiedienu, lai radītu nevainojamu virsmu, nevis bedrainu. Šī precizitāte ir nanometru līmenī.
Treškārt, tas ir ķīmiski “godīgs” līdzeklis. Mikroshēmu ražošanā tiek izmantots plašs ķīmisku vielu klāsts, tostarp skāba un sārmaina vide. Brūnais kausētā alumīnija oksīda mikropulveris ir ķīmiski ļoti stabils un viegli nereaģē ar citiem pulēšanas šķidruma komponentiem, novēršot jaunu piemaisījumu iekļūšanu. Tas ir kā strādīgs, pieticīgs darbinieks — tāds cilvēks, kādu mīl priekšnieki (inženieri).
Ceturtkārt, tā morfoloģija ir kontrolējama, radot “gludas” daļiņas. Uzlabots brūnā kausētā alumīnija oksīda mikropulveris var pat kontrolēt daļiņu “formu” (vai “morfoloģiju”). Ar īpaša procesa palīdzību daļiņas ar asām malām var pārveidot gandrīz sfēriskās vai daudzstūrainās formās. Šīs “gludās” daļiņas efektīvi samazina “rievojuma” efektu uz vafeļu virsmas griešanas laikā, ievērojami samazinot skrāpējumu risku.
III. Reālās pasaules pielietojums: “Klusās sacīkstes” CMP ražošanas līnijā
CMP ražošanas līnijā vafeles stingri notur vietā ar vakuuma patronām ar virsmu uz leju un piespiež uz rotējoša pulēšanas paliktņa. Pulēšanas šķidrums, kas satur brūnu kausēta alumīnija oksīda mikropulveri, tiek nepārtraukti izsmidzināts kā smalka migliņa starp pulēšanas paliktni un vafeli.
Šajā brīdī mikroskopiskajā pasaulē sākas “precizitātes sacensības”. Miljardiem brūnu kausētu alumīnija oksīda mikropulvera daļiņu, zem spiediena un rotācijas, veic miljoniem nanometru līmeņa griezumu sekundē uz plāksnītes virsmas. Tām jāpārvietojas vienoti, kā disciplinētai armijai, vienmērīgi virzoties uz priekšu, “saplacinot” augstākās zonas un “atstājot tukšas” zemākās zonas.
Visam procesam jābūt tikpat maigam kā pavasara vēsma, nevis nikna vētra. Pārmērīgs spēks var saskrāpēt vai radīt mikroplaisas (sauktas par "pazemes bojājumiem"); nepietiekams spēks noved pie zemas efektivitātes un izjauc ražošanas grafikus. Tāpēc precīza brūnā kausētā alumīnija oksīda mikropulvera koncentrācijas, daļiņu izmēra un morfoloģijas kontrole tieši nosaka galīgo skaidas ražu un veiktspēju.
Sākot ar silīcija plākšņu sākotnējo rupjo pulēšanu, katra izolācijas slāņa (silīcija dioksīda) planarizāciju un visbeidzot volframa aizbāžņu un vara vadu pulēšanu, ko izmanto shēmu savienošanai, brūnais kausētais alumīnija oksīda mikropulveris ir neaizstājams gandrīz katrā kritiskajā planarizācijas posmā. Tas caurstrāvo visu mikroshēmu ražošanas procesu, kļūstot par īstu "aizkulišu varoni".
IV. Izaicinājumi un nākotne: Nav labākā, ir tikai labāks
Protams, šim ceļam nav gala. Mikroshēmu ražošanas procesiem attīstoties no 7 nm un 5 nm līdz 3 nm un pat mazākiem izmēriem, prasības attiecībā uz CMP procesiem ir sasniegušas “ekstrēmu” līmeni. Tas rada vēl lielākus izaicinājumus brūnā kausētā alumīnija oksīda mikropulveriem:
Smalkāk un vienmērīgāk:Nākotnes mikropulverivar būt nepieciešams sasniegt desmitiem nanometru mērogu, ar daļiņu izmēra sadalījumu tikpat vienmērīgu, it kā tās sijātu ar lāzeru.
Tīrītājs: Jebkuri metāla jonu piemaisījumi ir letāli, kā rezultātā tiek izvirzītas arvien augstākas tīrības prasības.
Funkcionalizācija: Vai nākotnē parādīsies “inteliģenti mikropulveri”? Piemēram, ar īpaši modificētām virsmām tie varētu mainīt griešanas īpašības noteiktos apstākļos vai sasniegt pašuzasinošu, pašeļļojošu vai citas funkcijas?
Tāpēc, neskatoties uz tā izcelsmi tradicionālajā abrazīvo materiālu rūpniecībā, brūnais kausētais alumīnija oksīda mikropulveris, nonākot modernajā pusvadītāju jomā, ir piedzīvojis ievērojamu transformāciju. Tas vairs nav “āmurs”, bet gan “nanosķirurģisks skalpelis”. Perfekti gludā kodola mikroshēmas virsma katrā mūsu izmantotajā modernajā elektroniskajā ierīcē savu eksistenci nodrošina neskaitāmās sīkās daļiņas.
Šis ir grandiozs projekts, kas tiek īstenots mikroskopiskajā pasaulē, unbrūns kausēta alumīnija oksīda mikropulverisneapšaubāmi ir kluss, tomēr neaizstājams supermeistars šajā projektā.