微电子制造用固结磨料抛光垫的制备探索研究

摘要

集成电路（IC）所用材料主要有硅、锗和砷化镓等，但目前单晶硅的使用占据全球IC生产的90％以上。硅材料是典型的脆性难加工材料，随着IC技术向着大尺寸、细刻线宽度方向发展，对硅片表面加工提出了越来越高的要求。基于这一背景，开展了固结磨料抛光垫的制备以及抛光工艺等方面的探索研究。 本文的主要工作和取得的成果如下： 1. 分析了可用于固结磨料抛光垫的磨粒，应用红外光谱（FT-IR）和光电子能谱（XPS）分析了改性前后的二氧化铈、三氧化二铝和金刚石磨粒表面特性；采用“超声波+分散剂”的方法对磨粒进行表面改性处理，并进行沉降实验，确定合适的分散工艺。 2. 利用紫外光固化技术制备固结磨料抛光垫基体。通过正交实验，研究和探索基体硬度、溶胀性以及自修正功能与光固化组分之间的关系，为固结磨料抛光垫性能优化提供基础。研究表明：抛光垫基体硬度随PEGDA、EO15-TMPTA含量的增加而增大；抛光垫基体的溶胀度随EO15-TMPTA、PEG600含量的增加而变大。基体中EO15-TMAPTA量的增加能使得基体在溶胀后更加容易被去除。各因素对基体溶胀度的影响程度从大到小依次为PEGDA、EO15-TMPTA、PEG600和Irgacure184；对基体干态硬度的影响程度从大到小依次为PEGDA、EO15-TMPTA、PEG600和Irgacure184；对基体湿态硬度的影响程度从大到小依次为PEGDA、Irgacure 184和EO15-TMPTA。 3. 提出了固结磨料抛光垫的几种表面结构，及相应的模具制作，采用丝网印刷的方法制作抛光垫表面的立体凸起结构；确定丝网印刷三大参数：网版、网距和刮板的种类。 4. 实验室中制备了一个完整的固结磨料抛光垫样品，配置相应的抛光液，在高速研磨抛光机上进行了抛光试验探索。采用三维形貌仪ADE比较了经游离磨料和固结磨料抛光的硅片表面形貌；结果表明，在639um×859um的扫描范围内，经固结磨料抛光后的硅片粗糙度Sa为0.856nm，而游离磨料抛光后的硅片为1.70nm。