單面拋光機是指采用化學機械拋光方法,對300m雙面拋光硅片的正向建行再次拋光,以降低硅片表面的微粗糙度和霧狀(Haze)缺陷的工藝設備。30mm硅片經過雙面拋光后,由于仍然存在表面損傷缺陷,以及上道工字形成的表面活污,在顯微鏡下觀看,好像存在一層霧狀組織,這會影響后續外延工藝質量或器件性能質量,因此需要通過再次精細拋光,*限度地減小零狀缺陷,所以單面拋光也稱為霧拋光( Haze Polishing)。300mm 硅片經過單面拋光后,后續的制造工藝不再有機械性質的加工過程,所以單面拋光機也稱為最終拋光機。
在加工去除原理上,單面拋光的去除原理與硅片拋光機的工作原理相同。由于單面拋光是精細拋光,拋光液需采用精細磨料以形成適度的去除率,相應的拋光工藝- -般采用多次拋光,所以單面拋光機般采用兩個或三個串行拋光流程結構。它可實現粗拋一精拋一精細拋的效果,圖中箭頭所示方向為硅片拋光流程的工藝位置順序。
另外,考慮到硅片表面污染及拋光去除形成的硅片面型精度要求,單面拋光機的拋光液是開放性的,不可回收再利用。同時,考慮到拋光墊去除作用的影響及拋光液在拋光墊上的分布等因素,單面拋光機理論上采取單片/單臺(單硅片、單拋光臺)結構方式(類似CMP設備方式),在單面拋光過程中,硅片利用真空吸附并夾持在保持環內,隨著拋光頭做旋轉運動和往復擺動運動。拋光頭施壓機構形成壓力,使硅片與拋光墊壓緊,拋光墊隨拋光臺做旋轉運動,硅片與拋光墊形成相對運動,產生機械摩擦,從而形成去除作用。微光墊修整器對毛刷盤施加一定的壓力井做旋轉和往復擺動運動,對拋光墊進行自廂性修正,從而保持推光墊的摩擦去除性能。
由于單面拋光工藝中的拋光液是開放性的,所以單面拋光的成本較高。為了提高拋光液的利用率,同時考慮到提高單面拋光機設備的加工效率,單面拋光機般采用雙頭/單臺(雙硅片、單拋光臺)結構方式,以拋光臺數量來分類,單面拋光機可分為單臺單面拋光機、雙臺單面拋光機和三臺單面拋光機。早期的單臺單面拋光機采用多頭(一般為4頭)拋光結構,可明顯提高生產效率、降低生產成本,但為了實現粗拋、精拋、精細拋等自動過程,需要集成自動化硅片傳輸裝置,將兩臺以上的單臺單面拋光機聯接起來使用。隨著30m硅片被應用到65m以下節點的先進集成電路制造中,對硅片質量的要求越來越高,所以市場上主要以三臺單面拋光機為主流設備。
單面拋光機的另一種 分類方式是依拋光頭運動軌跡來劃分,可分為旋轉式和直線式兩種。旋轉式單面拋光機的所有拋光頭、拋光臺均環繞中心轉軸布局,拋光頭( 圖中僅標注了拋光頭1)通過中心軸的旋轉分度,運動到所需工位的拋光臺對硅片進行拋光。旋轉式單面拋光機結構較為緊湊。為了提高單面拋光機的生產效率,按照當前技術現狀,三臺拋光機結構同時有6個拋光頭參與拋光,加之有另外2個拋光頭參與硅片裝載與卸載,這樣的單面拋光機就有8個拋光頭,因此三臺/八頭拋光機是30m硅片單面拋光機的主流設備。而直線式單面拋光機受硅片裝載、卸載的制約,只能設計成雙臺/四頭結構,設備效率較低。