化学机械抛光中抛光垫修整技术的研究

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抛光后，表面变得光滑，甚至形成釉面，恶化的抛光垫表面会降低抛光过程的材料去除率(MRR)，同时增大片内非均匀性(WIWNU)。因此，需要使用金刚石修整器对抛光垫进行修整，使抛光垫达到所需的粗糙度，恢复其使用性能。另一方面，由于除了在抛光过程中产生抛光垫的磨损以外，抛光垫绝大部分损耗是由抛光垫的修整造成的。适当的修整可以延长抛光垫的寿命，减少更换抛光垫的次数，节省使用新抛光垫进行重新调整校正的种种步骤与时间，提高CMP过程的稳定性。 本论文的研究希望在维持有效修整效果前提下，如何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，同时恢复理想的抛光垫使用性能。本文主要研究工作如下： (1)在具有不同金刚石颗粒排布形式的抛光垫修整器修整时，对金刚石颗粒在抛光垫表面的修整轨迹进行了仿真，研究了修整器与抛光垫转速比、修整器表面颗粒分布形式对修整均匀性的影响，为修整器的制作和修整机构的设计提供了参考。 (2)结合金刚石颗粒分布和修整轨迹的仿真结果，设计和制造了出合理的金刚石修整器。 (3)进行了抛光垫修整实验，研究了抛光垫特性与修整参数之间的关系，分析了修整参数对抛光垫性能的影响，进而优化了修整工艺参数。 通过轨迹仿真以及实验从而得到了抛光垫修整参数如修整压力、转速比、时间等对抛光垫表面粗糙度与修整去除率的影响规律，以及修整器本身的参数如金刚石颗粒大小、分布形式、间距等对修整效果的影响规律。

目录

文摘

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1绪论

1.1课题的理论意义和应用价值

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修整器的未来展望

1.2.4修整器参数与修整工艺参数研究

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抛光垫的分类、特性及其检测技术

2.1抛光垫的分类

2.2抛光垫的特性及其对抛光效果的影响

2.3抛光垫的表面结构

2.4抛光垫表面的微观检测

3抛光垫修整的仿真分析

3.1修整轨迹方程的建立

3.1.1行星运动修整轨迹方程

3.1.2直线摆动修整轨迹方程

3.1.3弧线摆动修整轨迹方程

3.2修整轨迹讨论

3.2.1单颗粒金刚石修整轨迹分析

3.2.2多颗粒金刚石修整轨迹分析

3.3修整轨迹密度仿真

3.3.1摆动修整密度方程的建立

3.3.2修整轨迹密度仿真及结论

4抛光垫修整效果研究

4.1金刚石修整器设计

4.1.1修整器设计制造需要考虑的几个关键因素

4.1.2修整器设计

4.1.3修整夹具与装配

4.2修整实验

4.2.1实验规划

4.2.2抛光垫表面粗糙度和材料去除率的测量

4.2.3修整实验

4.2.4实验结论

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