拋光墊的微觀接觸行為研究.pdf

1、隨著集成電路(Integrated Circuit，IC)向著高集成化和高性能化的方向發(fā)展，特征尺寸不斷減小，晶圓面積逐漸增大，這對(duì)IC制造中的平坦化工藝提出了新的挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是IC制造中實(shí)現(xiàn)平坦化加工的主流技術(shù)，利用化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械摩擦的復(fù)合作用對(duì)拋光表面進(jìn)行原子量級(jí)的去除，以實(shí)現(xiàn)高精度、超光滑表面加工，可兼顧芯片全局和局部的平坦化要求。
　　在CMP

2、系統(tǒng)中，拋光墊表面微觀接觸行為決定著有效磨粒的數(shù)目及其對(duì)拋光表面的實(shí)際作用，很大程度上影響著CMP工藝的材料去除率和表面質(zhì)量。本文采用數(shù)值模擬方法和實(shí)驗(yàn)研究方法，從拋光墊的粗糙形貌、幾何結(jié)構(gòu)、材料特性、物理和化學(xué)環(huán)境等方面入手，對(duì)拋光墊的接觸特性及其影響進(jìn)行了研究，為CMP的理論分析和工藝參數(shù)優(yōu)化提供了依據(jù)。主要研究工作如下:
　　(1)分析了拋光墊等粗糙薄層彈性體的接觸特性，并對(duì)粗糙層-基體層串聯(lián)模型應(yīng)用于粗糙薄層彈性體接觸剛度

3、計(jì)算的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。在粗糙度或表面微結(jié)構(gòu)與薄層彈性體在同一量級(jí)條件下，對(duì)串聯(lián)模型理論接觸剛度計(jì)算的誤差來源和變化規(guī)律進(jìn)行了分析。
　　(2)對(duì)單級(jí)溝槽拋光墊、多級(jí)溝槽拋光墊、開孔拋光墊的接觸剛度進(jìn)行了研究，提出了將串聯(lián)模型應(yīng)用于溝槽拋光墊剛度計(jì)算的新方法，并從大變形角度進(jìn)行了理論修正。此外，對(duì)考慮孔結(jié)構(gòu)的彈性地基模型應(yīng)用于開孔拋光墊剛度計(jì)算的適用性進(jìn)行了分析。同時(shí)，測(cè)定了IC1000拋光墊和SUBAIV拋光墊的彈性模量。

4、　　(3)建立了可模擬CMP在位工況的真實(shí)接觸面積觀測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了真實(shí)接觸面積觀測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用電路與氣路的串聯(lián)控制，實(shí)現(xiàn)可控加載、脈動(dòng)加載和剪力作用條件下拋光墊微觀接觸行為的觀察測(cè)量。
　　(4)實(shí)驗(yàn)觀察了不同載荷條件下拋光墊表面粗糙峰的接觸變化，研究了真實(shí)接觸面積與接觸載荷的關(guān)系，探究了干濕條件、不同PH環(huán)境以及脈動(dòng)加載對(duì)拋光墊微觀接觸行為的影響。研究結(jié)果表明，真實(shí)接觸面積隨接觸載荷呈線性增大;聚氨酯材料會(huì)發(fā)生水解變軟，潤濕拋光