拋光墊非線性壓縮行為研究.pdf

1、近年來，集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對元器件的集成度、性能及生產(chǎn)成本提出了更高的要求。為了提高集成度并降低生產(chǎn)成本，芯片的特征尺寸不斷減小的同時晶圓面積不斷擴大。在這種趨勢下，作為集成電路制造流程中的關鍵技術—平坦化技術面臨著更大的挑戰(zhàn)?；瘜W機械拋光（Chemical Mechanical Polishing, CMP）是通過化學與機械的協(xié)同作用實現(xiàn)對晶圓表面局部以及全局平坦化的加工技術。過程中的化學反應主要受拋光液及拋光材料特性的影響，而機械作

2、用則主要和拋光墊的幾何及物理特性有關。
　　在CMP系統(tǒng)中，拋光墊具有十分重要的作用。常見的拋光墊表面具有多級結構特征，包括表面的微觀粗糙結構以及宏觀的多級溝槽結構。表面的粗糙結構主要影響拋光墊與晶圓的微觀接觸狀態(tài)，進而影響材料的微觀去除過程。宏觀的溝槽結構主要影響了拋光墊變形、接觸壓力的分布和拋光液流動。拋光墊復雜的結構特征及材料屬性使得拋光墊的變形分析工作極富挑戰(zhàn)性。目前的研究中，拋光墊結構參數(shù)與剛度之間還未建立起顯式的數(shù)學關

3、系，并且現(xiàn)有的方法很難準確地對拋光墊的局部變形進行測量，這限制了CMP建模分析的準確度。此外，受拋光墊表面材料粘彈性的影響，真實接觸面積（Real Contact Area，RCA）會隨時間持續(xù)發(fā)生變化，RCA預測結果的準確性會直接影響到材料去除率的計算精度。本文對拋光墊的微觀接觸狀態(tài)、宏觀力學特性及局部變形特征展開了實驗研究，并建立了相應的理論分析模型，為CMP過程的定量分析以及預測提供依據(jù)。本文主要的研究內容有：
　?。?）對

4、具有多級結構特征的拋光墊進行壓縮剛度分析，建立了一種考慮粗糙層變形及多級溝槽幾何參數(shù)的非線性串聯(lián)彈簧模型。研究了不同溝槽尺寸以及表面微觀形貌對拋光墊壓縮剛度的影響，建立了拋光墊結構及剛度之間的解析關系，并通過實驗及有限元的方法對模型的有效性進行了驗證。結果表明，在正常工作壓力下本文所建立的模型對多級溝槽拋光墊的變形計算誤差在4%以內。
　?。?）對拋光中拋光墊的實際載荷狀態(tài)進行模擬，觀測了循環(huán)加載前后拋光墊微觀接觸面積隨載荷變化的