Rudojo lydyto aliuminio oksido mikromiltelių precizinio šlifavimo vaidmuo puslaidininkių pramonėje
Draugai, šiandien kalbėsime apie kai ką ir rimto, ir paprasto –rudi lydyto aliuminio oksido mikromilteliaiGalbūt apie tai negirdėjote, bet svarbiausi ir jautriausi jūsų telefono bei išmaniojo laikrodžio lustai greičiausiai su tuo susidorojo dar prieš juos pagaminant. Pavadinti jį lustu „vyriausiuoju kosmetologu“ nėra perdėta.
Neįsivaizduokite jo kaip šiurkštaus įrankio, pavyzdžiui, galąstuvo. Puslaidininkių pasaulyje jis atlieka tokį pat subtilų vaidmenį kaip mikroskulptorius, naudojantis nanoskalės skalpelius.
I. Lusto „veido skulptūra“: kodėl šlifavimas yra būtinas?
Pirmiausia supraskime vieną dalyką: lustai neauga tiesiai ant lygaus paviršiaus. Jie yra „sukonstruojami“ sluoksnis po sluoksnio ant itin grynos, plokščios silicio plokštelės (vadinamos „plokštele“), kaip statant pastatą. Šis „pastatas“ turi dešimtis aukštų, o kiekvieno aukšto grandinės yra plonesnės nei tūkstantoji žmogaus plauko storio dalis.
Taigi, štai kokia problema: statant naujas grindis, jei pamatai – ankstesnių grindų paviršius – yra bent šiek tiek nelygūs, net ir su tokiu mažu išsikišimu kaip atomas, visas pastatas gali būti kreivas, įvykti trumpasis jungimas ir lustai gali tapti nebenaudojami. Nuostoliai – ne juokas.
Todėl po kiekvienų grindų įrengimo turime atlikti kruopštų „valymą“ ir „lyginimą“. Šis procesas turi įmantrų pavadinimą: „Cheminis mechaninis plokštumos formavimas“, sutrumpintai CMP. Nors pavadinimas skamba sudėtingai, principą suprasti nesunku: tai cheminės korozijos ir mechaninio dilimo derinys.
Cheminis „perforatorius“ naudoja specialų poliravimo skystį, kuris suminkština ir suėsdina šalinamą medžiagą, todėl ji tampa „minkštesnė“.
Įsijungia mechaninis „smūgis“ –rudojo korundo mikromilteliaiJo užduotis – fizikiniais metodais tiksliai ir tolygiai „nugramdyti“ cheminiu būdu „suminkštintą“ medžiagą.
Galbūt paklausite, kodėl, turint tiek daug abrazyvų, būtent šis? Štai kur ir pasireiškia jo išskirtinės savybės.
II. „Mikronizuoti milteliai, kurie nėra tokie mikronizuoti“: unikalus rudojo lydyto aliuminio oksido įgūdis
Puslaidininkių pramonėje naudojami rudi lydyto aliuminio oksido mikronizuoti milteliai nėra įprastas produktas. Tai kruopščiai atrinktas ir rafinuotas „specialiųjų pajėgų“ vienetas.
Pirma, tai pakankamai sunku, bet ne beatodairiška.Rudas lydytas aliuminio oksidasKietumas nusileidžia tik deimantui – daugiau nei pakankamai, kad atlaikytų dažniausiai naudojamas drožlių medžiagas, tokias kaip silicis, silicio dioksidas ir volframas. Tačiau esmė ta, kad jo kietumas yra „tvirtas“. Skirtingai nuo kai kurių kietesnių medžiagų (pvz., deimanto), kurios yra trapios ir lengvai lūžta veikiant slėgiui, rudasis lydytas aliuminio oksidas išlaiko savo vientisumą, užtikrindamas pjovimo jėgą ir netapdamas „destruktyviu elementu“.
Antra, mažas dalelių dydis užtikrina tolygų pjovimą. Tai pats svarbiausias dalykas. Įsivaizduokite, kad bandote poliruoti brangų nefritą su įvairaus dydžio akmenų krūva. Didesni akmenys neišvengiamai paliks gilias duobutes, o mažesni gali būti per maži, kad būtų galima juos apdirbti. Cheminio mechaninio poliravimo (CMP) procesuose tai yra visiškai nepriimtina. Puslaidininkiuose naudojami rudi lydyto aliuminio oksido mikromilteliai turi turėti itin siaurą dalelių dydžio pasiskirstymą. Tai reiškia, kad beveik visos dalelės yra maždaug vienodo dydžio. Tai užtikrina, kad tūkstančiai mikromiltelių dalelių judėtų darniai ant plokštelės paviršiaus, tolygiai spaudžiant, kad būtų sukurtas nepriekaištingas, o ne duobėtas paviršius. Šis tikslumas yra nanometrų lygmenyje.
Trečia, tai chemiškai „sąžininga“ medžiaga. Lustų gamyboje naudojama daug įvairių cheminių medžiagų, įskaitant rūgštinę ir šarminę aplinką. Rudos spalvos lydyto aliuminio oksido mikromilteliai yra chemiškai labai stabilūs ir sunkiai reaguoja su kitais poliravimo skysčio komponentais, todėl nepatenka naujų priemaišų. Tai tarsi darbštus, kuklus darbuotojas – toks žmogus, kokį mėgsta viršininkai (inžinieriai).
Ketvirta, jo morfologija yra kontroliuojama, todėl gaunamos „lygios“ dalelės. Pažangūs rudos spalvos lydyto aliuminio oksido mikromilteliai netgi gali kontroliuoti dalelių „formą“ (arba „morfologiją“). Specialaus proceso metu dalelės su aštriais kraštais gali būti paverstos beveik sferinėmis arba daugiakampėmis formomis. Šios „lygios“ dalelės efektyviai sumažina „griovelių“ efektą plokštelės paviršiuje pjovimo metu, todėl žymiai sumažėja įbrėžimų rizika.
III. Realaus pasaulio pritaikymas: „tyliosios lenktynės“ CMP gamybos linijoje
CMP gamybos linijoje plokštelės tvirtai laikomos vakuuminiais griebtuvais paviršiumi žemyn ir prispaudžiamos ant besisukančio poliravimo pado. Poliravimo skystis, kurio sudėtyje yra rudų lydyto aliuminio oksido mikromiltelių, nuolat purškiamas kaip smulkus rūkas tarp poliravimo pado ir plokštelės.
Šiuo metu mikroskopiniame pasaulyje prasideda „tikslumo lenktynės“. Milijardai rudų lydyto aliuminio oksido mikromiltelių dalelių, veikiamos slėgio ir sukimosi, per sekundę atlieka milijonus nanometrų lygio pjūvių plokštelės paviršiuje. Jos turi judėti vieningai, kaip drausminga armija, sklandžiai žygiuoti į priekį, „suplokštinti“ aukštas sritis ir „palikti tuščias“ žemas sritis.
Visas procesas turi būti švelnus kaip pavasario vėjelis, o ne siaučianti audra. Per didelė jėga gali subraižyti arba sukelti mikroįtrūkimus (vadinamuosius „paviršiaus pažeidimus“); nepakankama jėga lemia mažą efektyvumą ir sutrikdo gamybos grafikus. Todėl tiksli rudojo lydyto aliuminio oksido mikromiltelių koncentracijos, dalelių dydžio ir morfologijos kontrolė tiesiogiai lemia galutinę drožlių išeigą ir našumą.
Nuo pradinio grubaus silicio plokštelių poliravimo iki kiekvieno izoliacinio sluoksnio (silicio dioksido) planarizacijos ir galiausiai volframo kištukų bei varinių laidų, naudojamų grandinėms sujungti, poliravimo, rudi lydyto aliuminio oksido mikromilteliai yra būtini beveik kiekviename svarbiame planarizacijos etape. Jie persmelkia visą lustų gamybos procesą ir yra tikras „užkulisinis herojus“.
IV. Iššūkiai ir ateitis: Nėra geriausio, yra tik geresnis
Žinoma, šis kelias nesibaigia. Lustų gamybos procesams tobulėjant nuo 7 nm ir 5 nm iki 3 nm ir dar mažesnių dydžių, CMP procesų reikalavimai pasiekė „ekstremalų“ lygį. Tai kelia dar didesnių iššūkių rudojo lydyto aliuminio oksido mikromiltelių gamybai:
Smulkesnis ir vienodesnis:Ateities mikromilteliaigali tekti pasiekti dešimčių nanometrų skalę, kai dalelių dydžio pasiskirstymas yra toks pat vienodas, tarsi sijotos lazeriu.
Valiklis: Bet kokios metalo jonų priemaišos yra mirtinos, todėl reikalavimai grynumui yra vis didesni.
Funkcionalizavimas: Ar ateityje atsiras „protingų mikromiltelių“? Pavyzdžiui, specialiai modifikuotais paviršiais jie galėtų pakeisti pjovimo charakteristikas tam tikromis sąlygomis arba atlikti savaiminio galandimo, savaiminio sutepimo ar kitas funkcijas?
Todėl, nepaisant savo kilmės tradicinėje abrazyvų pramonėje, rudi lydyto aliuminio oksido mikromilteliai, patekę į pažangiausią puslaidininkių sritį, patyrė didingą transformaciją. Jie nebėra „plaktukas“, o „nanoschirurginis skalpelis“. Idealiai lygus pagrindinio lusto paviršius kiekviename mūsų naudojamame pažangiame elektroniniame prietaise yra dėl nesuskaičiuojamų mažyčių dalelių.
Tai grandiozinis projektas, vykdomas mikroskopiniame pasaulyje, irrudi lydyto aliuminio oksido mikromilteliaineabejotinai yra tylus, bet nepakeičiamas super meistras šiame projekte.