化學(xué)機(jī)械拋光課件

化學(xué)機(jī)械拋光的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)化學(xué)機(jī)械拋光的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1化學(xué)機(jī)械拋光的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1、化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理及機(jī)理2、拋光液3、拋光墊4、化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì)

化學(xué)機(jī)械拋光的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1、化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理及21化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理及機(jī)理

化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理1-1

化學(xué)機(jī)械拋光----CMP(ChemicalMechanicalPolishing)。CMP是化學(xué)的和機(jī)械的綜合作用,在一定壓力及拋光漿料存在下,在拋光液中的腐蝕介質(zhì)作用下工件表面形成一層軟化層，拋光液中的磨粒對(duì)工件上的軟化層進(jìn)行磨削，因而在被研磨的工件表面形成光潔表面。1化學(xué)機(jī)械拋光的基本原理及機(jī)理化學(xué)機(jī)械拋光1避免了由單純機(jī)械拋光造成的表面損傷2避免單純化學(xué)拋光易造成的拋光速度慢、表面平整度和拋光一致性差等缺點(diǎn)。CMP相比其他方式的拋光的優(yōu)點(diǎn)1避免了由單純機(jī)械拋光造成的表面損傷2避免單純化學(xué)拋光易造成4

圖1典型的化學(xué)機(jī)械拋光原理示意圖圖1典型的化學(xué)5化學(xué)拋光機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1-21.循環(huán)泵2.拋光液3.過濾磁環(huán)4.拋光機(jī)噴嘴5.工件6.壓力鋼柱7.拋光墊8.拋光盤9.回收箱lO.磁環(huán)圖2化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖化學(xué)拋光機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1-21.循環(huán)泵圖2化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)結(jié)6

化學(xué)機(jī)械拋光材料去除機(jī)理1-3

通過實(shí)驗(yàn)研究，CMP的機(jī)理可以分為在材料的去除過程中是拋光液中化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械作用的綜合結(jié)果。如圖3Text1Text2Text3Text3拋光液中的腐蝕介質(zhì)與被拋光表面材料發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),生成很薄的剪切強(qiáng)度很低的化學(xué)反應(yīng)膜,反應(yīng)膜在磨粒磨削作用下被去處,從而露出新的表面,接著又繼續(xù)反應(yīng)生成新的反應(yīng)膜,如此周而復(fù)始的進(jìn)行,使表面逐漸被拋光修平,實(shí)現(xiàn)拋光的目的。化學(xué)機(jī)械拋光材料去除機(jī)理1-3通過實(shí)7

圖3材料去除的過程可以簡(jiǎn)化圖圖3材料去除的過程可以簡(jiǎn)化82拋光液拋光液作用與組成2-1

拋光液是CMP中一個(gè)重要的因素，拋光液的質(zhì)量對(duì)拋光速率及拋光質(zhì)量有著重要的作用，拋光液主要是對(duì)工件有化學(xué)腐蝕作用和機(jī)械作用，最終達(dá)到對(duì)工件的拋光?；疽?流動(dòng)性好、不易沉淀和結(jié)塊、懸浮性能好、無毒、低殘留、易清洗。2拋光液拋光液作用與組成2-1拋光液是CMP中一個(gè)重要的

拋光液的組成及其作用2-2拋光液加快加工表面形成軟而脆的氧化膜，提高拋光效率和表面平整度腐蝕介質(zhì)氧化劑磨料分散劑對(duì)材料表面膜的形成，材料的去除率、拋光液的粘性有影響借助機(jī)械力，將材料表面經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后的鈍化膜去除，讓表面平整化防止拋光液中的磨料發(fā)生聚集現(xiàn)象，保證拋光液的穩(wěn)定性，減少加工表面缺陷

拋光液的主要組成成分及作用如下圖所示：拋光液的組成及其作用2-2拋光液加快加10

拋光液的研究趨勢(shì)2-31CMP機(jī)理還有待進(jìn)一步研究2如何避免堿金屬離子的沾污3如何保持拋光漿液的穩(wěn)定性4化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液的開發(fā)拋光液的研究趨勢(shì)2-31CMP機(jī)理還有待進(jìn)一113拋光墊拋光墊簡(jiǎn)介3-1

拋光墊有軟性和硬性的,常見的軟性拋光墊有：無紡布拋光墊、帶絨毛結(jié)構(gòu)的無紡布拋光墊，硬性的拋光墊有：聚氨酯拋光墊酯。

根據(jù)工件-拋光墊之間拋光液膜厚度的不同，在拋光中可能存在三種界面接觸形式：1，當(dāng)拋光壓力較高，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較小時(shí)表現(xiàn)為直接接觸；2，當(dāng)拋光壓力較低，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)拋光界面的3，表現(xiàn)為非接觸；介于二者之間時(shí)為半接觸3拋光墊拋光墊簡(jiǎn)介3-1拋光墊有軟性和硬性的,常見拋光墊的作用3-21能儲(chǔ)存拋光液,并把它輸送工件的整個(gè)加工區(qū)域,使拋光均勻的進(jìn)行2從加工表面帶走拋光過程中的殘留物質(zhì)3傳遞和承載加工去除過程中所需的機(jī)械載荷4維持加工過程中所需的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境拋光墊的作用3-21能儲(chǔ)存拋光液,并把它輸送工件的整個(gè)加工區(qū)13

拋光墊的研究現(xiàn)狀3-33-3-1

目前主要的研究拋光墊以下3方面：1、材料種類（軟性和硬性的或復(fù)合材料的），2、材料性質(zhì)(如硬度,彈性和剪切模量、孔隙的大小和分布、粘彈性)，3、表面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)對(duì)拋光性能的影響。其中通過改變表面結(jié)構(gòu)的溝槽結(jié)構(gòu)是改變拋光墊性能的最主要途徑。拋光墊的研究現(xiàn)狀3-33-3-1目前主要的143-3-2，以下是幾種常見不同溝槽的拋光墊

A、放射狀

B、同心圓狀

C、柵格狀

D、正對(duì)數(shù)螺旋狀

E、負(fù)對(duì)數(shù)螺旋狀3-3-2，以下是幾種常見不同溝槽的拋光墊A、放射狀B、同15

拋光墊溝槽形狀對(duì)拋光液的運(yùn)送及均勻分布、化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)產(chǎn)物及其濃度，材料去除速率會(huì)產(chǎn)生重要影響，是改變拋光墊性能的最主要途徑。所以在cmp中拋光墊溝槽設(shè)計(jì)是拋光墊設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分

E復(fù)合型溝槽的拋光墊拋光墊溝槽形狀對(duì)拋光液的運(yùn)送及均勻分布、化學(xué)反應(yīng)164化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì)化學(xué)機(jī)械拋光中存在的基本問題4-1十余年來，盡管CMP技術(shù)發(fā)展迅速，但CMP仍然存在很多未解決的題：1、CMP加工過程的控制仍停留在半經(jīng)驗(yàn)階段，難以保證表面的更高精度和平整度加工要求，2、CMP工藝的復(fù)雜性影響因素的多樣性增加了問題的研究難度3、CMP加工材料去除、拋光缺陷機(jī)理、拋光過程中納米粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及行為以及CMP工藝方面的實(shí)際問題等還沒有完全弄清楚。4化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì)化學(xué)機(jī)械拋光中存在

化學(xué)機(jī)械拋光的發(fā)展趨勢(shì)4-2隨著集成電路的高密度化、微細(xì)化和高速化，CMP在集成電路中的應(yīng)用，對(duì)于45nm納米以后的制程，傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械拋光將達(dá)到這種方法所能加工的極限，可能被淘汰，因此需要在研究傳統(tǒng)的CMP理論與技術(shù)、提