化学机械抛光机机械本体设计

摘要

随着集成电路制造技术的发展，晶圆直径不断增大，特征线宽不断减小，对晶圆表面的全局平坦化和局部平坦化提出了很高要求。目前，化学机械抛光技术(CMP)被认为是能够实现晶圆表面局部平坦化和全局平坦化的最佳方法。 CMP设备是CMP技术的必要硬件支持，也是CMP技术的综合体现。随着CMP技术的发展，目前的CMP设备已不仅仅包括机床的机械部件，还包含了CMP过程的精确控制、终点监测、在线测量、抛光液输送配给、抛光垫修整等相关技术与系统，并集成了晶圆的CMP后清洗、精确传输在内的自动化系统。目前，国内尚没有自主开发的CMP设备。 本文首先从CMP加工的相关理论分析着手，分析了抛光机的运动形式对材料去除率及材料去除非均匀性的影响。建立了不同运动形式下的材料去除率数学模型，并在此基础上进行了材料去除率与材料去除非均匀性的数值分析。然后针对轨道式抛光机的两种基本形式，进行了相关方案的设计。结果表明：弧形轨道式抛光机的运动形式在材料去除率及材料去除非均匀性上略优于直线轨道式抛光机，但相差很小；而直线轨道式抛光机在机构实现上明显优于弧形轨道式抛光机。在以上工作的基础上，进行了直线轨道式化学机械抛光机机械本体及相关零部件的设计工作，并对抛光机的重要部件利用CAE软件进行了静力学分析。最终完成了直线轨道式抛光机的整体装配件的结构设计和相关自制零部件设计。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：资助

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1绪论

1.1论文的选题背景

1.1.1CMP(Chemical Mechanical Polishing)技术概述

1.1.2国内外CMP机床发展现状

1.1.3 CMP机床的分类及其主要特点

1.2课题的背景及来源

1.3论文主要研究内容

2 CMP抛光机运动形式对材料去除的影响分析

2.1材料去除的数学模型

2.1.1Preston方程

2.1.2直线轨道式抛光机的材料去除方程

2.1.3定偏心式抛光机的材料去除方程

2.1.4弧形轨道式抛光机的材料去除方程

2.2材料去除的数值分析

2 2 1材料去除率的数值分析

2.2.2材料去除非均匀性的数值分析

2 3本章小结

3 CMP抛光机总体结构方案设计

3.1弧形轨道式结构方案

3.1.1抛光盘支撑部件设计方案

3.1.2抛光头摆动装置方案

3.1.3抛光头摆动中心及抛光盘装卸位方案

3.1.4抛光头传动及加压部件结构方案

3.1.5总体结构方案

3.2直线轨道式结构方案的设计

3 2.1机床主要技术参数

3.2.2直线轨道式抛光机总体结构方案

3.3本章小结

4 CMP机台机械本体设计

4.1主要设计依据

4.1.1试验参考数据

4.1.2抛光盘最大摩擦力和摩擦转矩

4.1.3抛光头最大摩擦力和摩擦转矩

4.2抛光盘部件结构设计

4.3抛光盘动力提供机构设计

4.3.1抛光盘传动系统设计

4.3.2抛光盘电机

4.3.3抛光盘减速器

4.3.4抛光盘联轴器

4.4抛光头部件设计

4.4.1抛光头加压部件结构

4.4.2抛光头加压部件选型

4.4.3抛光头动力提供及传动装置

4.4.4抛光头直线往复运动导轨

4.4.5抛光头垂直导轨

4.4.6抛光头摆动丝杠

4.5基座结构设计

4.6关键部件的结构静力学分析

4.6.1基座的结构静力学分析

4.6.2垂向溜板的静力学分析

4.6.3横向溜板与支架的静力学分析

4.7本章小结

结论

参考文献

附录A零件清单

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢