化学机械抛光用抛光垫修整器的研究

摘要

随着集成电路(IC)制造技术的飞速发展，对硅片的加工精度和表面质量提出了更高的要求，而传统的抛光技术已不能满足要求。化学机械抛光(CMP)是目前唯一能够实现硅片局部和全局平坦化的实用技术和核心技术，正广泛地应用于IC制造中。 抛光垫是化学机械抛光(CMP)系统中的主要耗材之一，抛光垫的结构和表面粗糙度对CMP过程中的硅片材料去除率和表面粗糙度有很大影响。但是抛光垫经过一段时间的使用后，表面会发生恶化从而降低抛光效果。因此，需要使用金刚石修整器对抛光垫进行修整，恢复其使用性能。但是目前的修整工艺还主要停留在经验公式阶段，没有一个全面的理论模型。 本论文的研究希望在维持有效修整效果前提下，通过合理选择修整器的结构参数以及抛光垫修整工艺参数，有效降低抛光垫因修整所造成的消耗。建立包含主要修整参数的抛光垫去除率模型。另外，在修整器制造方面进行一定的探索。本文主要研究工作如下： (1)采用赫兹接触理论，针对抛光垫修整工艺中的主要参数：修整压力、相对转速、修整器表面金刚石颗粒尺寸和间距，提出一种化学机械抛光中抛光垫修整去除率模型。 (2)分别使用不同的金刚石颗粒尺寸和金刚石带宽度的修整器进行抛光垫修整试验，测量它们对应的抛光垫修整去除率。与相同参数下本文模型计算的去除率进行比较，验证该模型的正确性。 (3)采用金刚石颗粒成簇排列工艺，设计并制造一种新型的电镀抛光垫修整器。并初步验证了该修整器的实用性。 通过建立模型以及试验得到了抛光垫修整参数和修整器参数对修整去除率的影响规律，从而为抛光垫修整工艺的制定提供理论依据。同时在新型电镀修整器设计制造工艺上也做了有益的研究，对化学机械抛光用抛光垫修整器制造具有一定的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文选题背景

1.1.1化学机械抛光技术的发展与应用

1.1.2抛光垫修整的意义

1.2国内外研究概况及发展趋势

1.2.1抛光垫的常用修整方法

1.2.2金刚石修整器种类及其应用现状

1.2.3修整器参数与修整工艺参数研究

1.2.4化学机械抛光的理论模型

1.3研究内容和方法

1.3.1课题来源

1.3.2研究内容要解决的问题

1.3.3预期达到的成果和水平

2抛光垫修整去除率模型的研究

2.1基本假设

2.2赫兹接触理论

2.3塑性材料的研磨

2.4抛光垫的修整去除率模型

2.5 小结

3抛光垫修整去除率模型验证试验

3.1实验设备及规划

3.1.1试验规划

3.1.2试验设备

3.1.3试验材料

3.1.4试验方法

3.2试验结果及分析

3.2.1金刚石颗粒尺寸对修整去除率的影响

3.2.2金刚石带宽度对修整去除率的影响

3.3 小结

4抛光垫修整器制造工艺

4.1金刚石修整器设计

4.1.1修整器设计需要考虑的几个关键因素

4.1.2新型电镀金刚石修整器设计思想

4.2电镀修整器制造工艺

4.2.1电镀工艺条件

4.2.2电镀修整器的结构设计

4.2.3磨料成簇排布电镀修整器的工艺试验

4.3电镀修整器性能的分析

4.3.1修整器表面形貌观测

4.3.2抛光垫修整试验分析

4.4小结

5结论与展望

5.1结论

5.2未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢