約束刻蝕加工試驗(yàn)臺(tái)的研制.pdf

1、在集成電路（Integrated Circuit，簡(jiǎn)稱IC）制造過程中，需要對(duì)銅互連層進(jìn)行平坦化加工?；瘜W(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical Polishing，簡(jiǎn)稱CMP）是目前IC領(lǐng)域唯一的全局平坦化技術(shù)。CMP過程中的機(jī)械作用力會(huì)導(dǎo)致加工表面的損傷，隨著集成電路特征尺度不斷縮小，必須不斷減小拋光壓力已滿足低強(qiáng)度Cu/low-k互連結(jié)構(gòu)的平坦化要求。但是，隨著集成電路的進(jìn)一步發(fā)展，依賴于機(jī)械作用力實(shí)現(xiàn)材料去除的化學(xué)機(jī)械

2、拋光技術(shù)已無法滿足未來超低強(qiáng)度Ultralow-k/Cu結(jié)構(gòu)制造過程中的平坦化需求，需要發(fā)展新的平坦化方法來替代化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)。約束刻蝕劑層技術(shù)，作為一種無應(yīng)力的化學(xué)加工方法，具有精度高、無損傷等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在三維微納結(jié)構(gòu)加工中取得良好效果，在銅互連層平坦化工藝中具有很好的應(yīng)用前景。要實(shí)現(xiàn)基于約束刻蝕劑層技術(shù)的平坦化加工，首先要對(duì)約束刻蝕加工體系和一些關(guān)鍵技術(shù)展開研究。由于約束刻蝕層技術(shù)對(duì)電極與工件的間距很敏感，電極-工件的間隙控制是約

3、束刻蝕加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　針對(duì)約束刻蝕加工需求，研制了一個(gè)約束刻蝕試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)具有宏/微復(fù)合進(jìn)給機(jī)構(gòu)和微力傳感器，可以實(shí)現(xiàn)電極向工件的超精密進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和電極與工件的接觸判斷;電解池安裝于C軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，并具有傾角可調(diào)功能，可以實(shí)現(xiàn)電極與工件之間平行度的調(diào)整。同時(shí)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)專用的控制軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)約束刻蝕試驗(yàn)臺(tái)的高精密運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與處理功能。
　　為了對(duì)宏/微復(fù)合進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，對(duì)柔性鉸鏈機(jī)

4、構(gòu)的剛度、最大應(yīng)力與固有頻率進(jìn)行了理論分析與有限元仿真計(jì)算。同時(shí)分析了壓電陶瓷預(yù)緊力對(duì)微進(jìn)給機(jī)構(gòu)性能的影響，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)增加預(yù)緊力可以提升微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的性能。在計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，對(duì)微進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，所研制的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有20nm的進(jìn)給分辨率和100nm的定位精度。
　　最后，對(duì)約束刻蝕加工中電極-工件間隙的控制方法進(jìn)行了研究，提出了三種分別基于微進(jìn)給機(jī)構(gòu)、擠壓膜理論和液體靜壓理論的間隙控制方法，其中基于微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的控制方